JP2017198920A - Image formation apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image formation apparatus capable of stabilizing the quantity of heat to be imparted to a heat conduction member without any excessive noise to an external power supply system while letting a halogen heater maintain a halogen cycle.SOLUTION: A second halogen heater (332) is lower in rated electric power than a first halogen heater (331). A PWM control part (30C) monitors an actual temperature of the heat transfer member (31), selects an object of application with a pulse voltage according to a difference between the actual temperature and a target temperature, and changes the duty ratio of the pulse voltage with temporal change in the difference. A switching conversion part (30S) applies the pulse voltage to the object of application at a duty ratio. The PWM control part when having selected the first halogen heater changes the object of application with the pulse voltage from the first halogen heater to the second halogen heater if the duty ratio having been changed decreases below a lower limit of the duty ratio satisfying such a condition that the quantity of heat thereof is large enough to maintain a halogen cycle.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、その定着部の温度制御に関する。   The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus, and more particularly to temperature control of a fixing unit thereof.

レーザープリンター、ファクシミリ、コピー機等、電子写真方式の画像形成装置は定着部を備えている。定着部は、加熱と加圧とでトナーをシートに溶着させることにより、トナー像をシートに定着させる。定着部は、シートに接触して熱を伝える部材と、この伝熱部材を加熱する部材とを含む。伝熱部材としては主に、ローラー、ベルト等の回転体が利用され、加熱部材としては主にハロゲンヒーターが利用される。   An electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer, a facsimile machine, or a copier includes a fixing unit. The fixing unit fixes the toner image on the sheet by welding the toner to the sheet by heating and pressing. The fixing unit includes a member that contacts the sheet and transfers heat, and a member that heats the heat transfer member. Rotating bodies such as rollers and belts are mainly used as the heat transfer member, and halogen heaters are mainly used as the heating member.

ハロゲンヒーターに対する制御としては、たとえば特許文献1に開示されたものが知られている。この制御は昇温制御と温調制御とに大別される。「昇温制御」とは、ウォームアップ時またはリカバリー時においてヒーターに伝熱部材を連続的に昇温させる制御をいう。ハロゲンヒーターに対する昇温制御は、そのヒーターへの印加電圧を連続させてそのヒーターを連続点灯させる。これにより伝熱部材へ供給される熱量が最大値に維持されるので、伝熱部材の温度が目標値まで速やかに上昇する。「温調制御」とは、印刷時または待機時において伝熱部材の温度が目標値に維持されるようにヒーターの発熱量を調節する制御をいう。ハロゲンヒーターに対する温調制御は、そのヒーターへの印加電圧を一定周波数のパルス列に変換することによりそのヒーターを高周波数で点滅させると共に、パルス幅変調(PWM)によりパルス電圧のデューティ比を微細に変化させる。これにより、ヒーターから伝熱部材へ供給される熱量が高精度に調節されるので、伝熱部材の温度が目標値付近に維持される。昇温制御と温調制御との切り換えにより、1本のハロゲンヒーターで伝熱部材の昇温と保温との両方が実現する。   As a control for the halogen heater, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. This control is broadly divided into a temperature rise control and a temperature control. “Temperature increase control” refers to control for continuously heating the heat transfer member to the heater during warm-up or recovery. In the temperature rise control for the halogen heater, the voltage applied to the heater is continuously turned on to continuously light the heater. As a result, the amount of heat supplied to the heat transfer member is maintained at the maximum value, so that the temperature of the heat transfer member quickly rises to the target value. “Temperature control” refers to control for adjusting the amount of heat generated by the heater so that the temperature of the heat transfer member is maintained at a target value during printing or standby. The temperature control for the halogen heater makes the heater blink at a high frequency by converting the voltage applied to the heater into a pulse train with a constant frequency, and the duty ratio of the pulse voltage is changed minutely by pulse width modulation (PWM). Let Thus, the amount of heat supplied from the heater to the heat transfer member is adjusted with high accuracy, so that the temperature of the heat transfer member is maintained near the target value. By switching between the temperature increase control and the temperature control, both the temperature increase and the heat retention of the heat transfer member are realized with one halogen heater.

近年の画像形成装置における、高速化、高機能化、信頼性の向上、および省電力の進展に伴い、定着部には、シートに与える熱量の範囲を更に拡大し、かつ伝熱部材の温度を更に高精度に制御することが求められている。この要求に応える工夫の1つとしては、ハロゲンヒーターの複数化が挙げられる。
たとえば特許文献2には、この複数化による突入電流の抑制が開示されている。ハロゲンヒーターの定格電力が高いほど昇温は速い。しかし、定格電力の上昇は、ヒーターの通電開始時に生じる突入電流を増大させる。過大な突入電流には、外部の電源電圧を一時的に急落させる危険性がある。特許文献2に開示された画像形成装置は、抵抗値の異なる2本のヒーターを定着部に実装し、通電開始時にはそのうちの1本にのみ、電流を流す。これにより突入電流が抑えられる。その後、加熱ローラーの温度が所定値まで上昇した時点で両方のヒーターに並列に電流を流し、昇温を加速させる。
With recent advances in image forming apparatuses that are faster, more functional, more reliable, and more energy efficient, the fuser has a wider range of heat applied to the sheet, and the temperature of the heat transfer member is increased. Further, it is required to control with high accuracy. One way to meet this requirement is to use multiple halogen heaters.
For example, Patent Document 2 discloses suppression of inrush current by this pluralization. The higher the rated power of the halogen heater, the faster the temperature rises. However, the increase in rated power increases the inrush current that occurs at the start of energization of the heater. An excessive inrush current has a risk of temporarily dropping the external power supply voltage. In the image forming apparatus disclosed in Patent Document 2, two heaters having different resistance values are mounted on the fixing unit, and current is supplied to only one of them when starting energization. Thereby, inrush current is suppressed. Thereafter, when the temperature of the heating roller rises to a predetermined value, current is passed in parallel to both heaters to accelerate the temperature rise.

特許文献3には、異なるヒーターで定着ベルトの横方向における中央部と端部とを別々に加熱する技術が開示されている。ベルトの加熱範囲はシートのサイズに応じて最適化される。これによりヒーターの消費電力が削減される。
特許文献4に開示された画像形成装置は、定格電力の異なる2本のハロゲンヒーターを定着部に実装し、シートの搬送速度に応じてヒーター間での点灯時間の比率を変えることにより、シートに対する加熱量を最適化する。ハロゲンヒーターの複数化により加熱量の範囲が拡大し、かつ加熱量が精細に設定されるので、加熱効率が向上する。
Patent Document 3 discloses a technique in which a central portion and an end portion in the lateral direction of the fixing belt are separately heated with different heaters. The heating range of the belt is optimized according to the sheet size. This reduces the power consumption of the heater.
In the image forming apparatus disclosed in Patent Document 4, two halogen heaters having different rated powers are mounted on the fixing unit, and the ratio of the lighting time between the heaters is changed in accordance with the sheet conveyance speed, so that Optimize the amount of heating. By using a plurality of halogen heaters, the range of the heating amount is expanded and the heating amount is set finely, so that the heating efficiency is improved.

特開2009−069371号公報JP 2009-069371 A 特開平5−324101号公報JP-A-5-324101 特開2014−178370号公報JP 2014-178370 A 特開2012−181348号公報JP 2012-181348 A 特開2002−063981号公報JP 2002-063981 A

ウォームアップ時間およびリカバリー時間の短縮には、ハロゲンヒーターの定格電力を高く設定して伝熱部材の昇温を高速化することが好ましい。一方、待機期間における消費電力の削減にはヒーターの発熱量を更に微細に変化させることが望ましい。これらを1本のヒーターで実現するには、温調制御におけるヒーターの発熱量の下限、すなわちパルス電圧のデューティ比の下限を更に低くしなければならない。しかし、デューティ比のこの低下に伴う発熱量の低下はヒーターの管壁温度を、ハロゲンサイクルが持続可能な温度の下限、約250℃(以下、単に「管壁温度の下限」と呼ぶ。)以上に維持することを妨げるので、ヒーターの更なる長寿命化が困難である。   In order to shorten the warm-up time and the recovery time, it is preferable to set the rated power of the halogen heater high to increase the temperature of the heat transfer member. On the other hand, in order to reduce power consumption during the standby period, it is desirable to change the amount of heat generated by the heater more minutely. In order to realize these with a single heater, the lower limit of the heat generation amount of the heater in the temperature control, that is, the lower limit of the duty ratio of the pulse voltage must be further lowered. However, a decrease in the amount of heat generated with this decrease in the duty ratio causes the tube wall temperature of the heater to exceed the lower limit of the temperature at which the halogen cycle is sustainable, approximately 250 ° C. (hereinafter simply referred to as “the lower limit of the tube wall temperature”). Therefore, it is difficult to further extend the life of the heater.

待機期間において、ハロゲンヒーターの管壁温度を下限以上に維持したまま、そのヒーターが伝熱部材に与える熱量を低下させる工夫としては、たとえば特許文献1に開示された制御が知られている。この制御は、待機期間中、管壁温度を下限以上に維持することが可能なデューティ比でハロゲンヒーターを点滅させる期間と、そのヒーターへの通電を停止して連続的に消灯させる期間とを交互に設定する。点滅期間では管壁温度が下限以上に維持されるので、ハロゲンサイクルが持続する。一方、点滅期間の間に消灯期間が挟まれているので、両期間の時間長の比だけ伝熱部材への熱量が抑えられる。   As a device for reducing the amount of heat given to the heat transfer member by the heater while maintaining the tube wall temperature of the halogen heater at the lower limit or higher during the standby period, for example, the control disclosed in Patent Document 1 is known. This control alternates between a period in which the halogen heater blinks at a duty ratio that can maintain the tube wall temperature above the lower limit during the standby period, and a period in which the heater is turned off and continuously turned off. Set to. In the blinking period, the tube wall temperature is maintained above the lower limit, so that the halogen cycle continues. On the other hand, since the extinguishing period is sandwiched between the blinking periods, the amount of heat to the heat transfer member can be suppressed by the ratio of the time lengths of both periods.

しかし、この制御では、点滅期間と消灯期間とが交互に到来することにより、ヒーターの電流量が周期的に増減する。この増減は、商用電源等、外部の電源系統にノイズとして伝わり、その電源系統に接続された照明の含む蛍光灯にフリッカを生じさせる危険性がある。さらに、消灯の度に伝熱部材の温度が大きく降下するので温度リップルが増大し、温調制御の高精度化、およびそれによる消費電力の更なる削減が困難である。   However, in this control, the amount of current of the heater is periodically increased or decreased by alternately bringing the blinking period and the extinguishing period. This increase / decrease is transmitted as noise to an external power supply system such as a commercial power supply, and there is a risk of causing flicker in a fluorescent lamp included in the illumination connected to the power supply system. Further, since the temperature of the heat transfer member greatly decreases every time the lamp is turned off, the temperature ripple increases, and it is difficult to increase the accuracy of temperature control and further reduce power consumption.

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、ハロゲンヒーターにハロゲンサイクルを維持させたまま、外部の電源系統に過大なノイズを与えることなく、伝熱部材に与える熱量を更に少ない値に安定化させることのできる画像形成装置を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in particular, the amount of heat given to the heat transfer member is further reduced without giving excessive noise to the external power supply system while maintaining the halogen cycle in the halogen heater. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus which can be stabilized to a value.

本発明の1つの観点における画像形成装置は、シートにトナー像を形成する作像部と、そのシートにそのトナー像を熱定着させる定着部とを備える。定着部は、シートに接触して熱を伝える伝熱部材と、その伝熱部材を加熱する第1ハロゲンヒーターと、第1ハロゲンヒーターよりも定格電力が低く、伝熱部材を加熱する第2ハロゲンヒーターと、伝熱部材の実温度を監視し、その実温度と目標温度との間の差に応じて、第1ハロゲンヒーターと第2ハロゲンヒーターとの一方または両方をパルス電圧の印加対象として選択し、その差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更するパルス幅変調(PWM)制御部と、PWM制御部が選択したパルス電圧の印加対象にパルス電圧を、PWM制御部が変更したデューティ比で印加するスイッチング変換部とを有する。PWM制御部は、第1ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、第1ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、変更後のデューティ比が下限を下回れば、パルス電圧の印加対象を第1ハロゲンヒーターから第2ハロゲンヒーターへ切り換える。   An image forming apparatus according to one aspect of the present invention includes an image forming unit that forms a toner image on a sheet, and a fixing unit that thermally fixes the toner image on the sheet. The fixing unit includes a heat transfer member that contacts the sheet and transfers heat, a first halogen heater that heats the heat transfer member, and a second halogen that has a lower rated power than the first halogen heater and heats the heat transfer member. The actual temperature of the heater and the heat transfer member is monitored, and one or both of the first halogen heater and the second halogen heater is selected as the pulse voltage application target according to the difference between the actual temperature and the target temperature. The pulse width modulation (PWM) control unit that changes the duty ratio of the pulse voltage with time according to the change over time of the difference, the pulse control unit that applies the pulse voltage to the pulse voltage application target selected by the PWM control unit, And a switching converter that applies the changed duty ratio. The PWM control unit sets the lower limit of the duty ratio of the pulse voltage that satisfies the condition that the heat generation amount of the first halogen heater can maintain the halogen cycle when the first halogen heater is selected as the pulse voltage application target. Then, it is confirmed whether or not the duty ratio after the change is below. If the duty ratio after the change is below the lower limit, the pulse voltage application target is switched from the first halogen heater to the second halogen heater.

PWM制御部は、変更後のデューティ比が下限を下回るか否かの確認を、作像部と定着部との待機期間中に行ってもよい。
PWM制御部は、第1ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第1上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、変更後のデューティ比が第1上限を超えれば、第2ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象に追加してもよい。PWM制御部は、変更後のデューティ比が第1上限を超えるか否かの確認を、作像部と定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行ってもよい。
The PWM control unit may check whether or not the changed duty ratio falls below the lower limit during a standby period between the image forming unit and the fixing unit.
When the first halogen heater is selected as the pulse voltage application target, the PWM control unit sets the first upper limit of the duty ratio of the pulse voltage that satisfies the condition that the switching converter can operate in the current discontinuous mode. The second halogen heater may be added to the application target of the pulse voltage if it is confirmed whether or not the changed duty ratio exceeds the first upper limit. The PWM control unit confirms whether the changed duty ratio exceeds the first upper limit during at least one of the warm-up period, the recovery period, and the print period between the image forming unit and the fixing unit. May be.

PWM制御部は、第2ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第2上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、変更後のデューティ比が第2上限を超えれば、パルス電圧の印加対象を第2ハロゲンヒーターから第1ハロゲンヒーターへ切り換えてもよい。PWM制御部は、変更後のデューティ比が第2上限を超えるか否かの確認を、作像部と定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行ってもよい。   The PWM control unit sets the second upper limit of the duty ratio of the pulse voltage that satisfies the condition that the switching converter can operate in the current discontinuous mode when the second halogen heater is selected as the pulse voltage application target. Whether or not the changed duty ratio is exceeded is confirmed. If the changed duty ratio exceeds the second upper limit, the pulse voltage application target may be switched from the second halogen heater to the first halogen heater. The PWM control unit checks whether the changed duty ratio exceeds the second upper limit during at least one of the warm-up period, the recovery period, and the print period between the image forming unit and the fixing unit. May be.

スイッチング変換部は、PWM制御部が変更したデューティ比でパルス信号を生成する駆動回路と、そのパルス信号に応じてオンオフするスイッチング素子を含み、PWM制御部が変更したデューティ比でパルス電圧を出力する降圧チョッパと、その降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を、PWM制御部が選択したパルス電圧の印加対象へ切り換えるスイッチ部とを有してもよい。PWM制御部は、降圧チョッパのスイッチング素子をオフさせている間に、スイッチ部に降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を切り換えさせてもよい。スイッチ部は、PWM制御部からの信号に応じて降圧チョッパと第1ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉し、かつ降圧チョッパと第2ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉する電磁リレーを含んでもよい。   The switching converter includes a drive circuit that generates a pulse signal with a duty ratio changed by the PWM controller and a switching element that is turned on / off according to the pulse signal, and outputs a pulse voltage with the duty ratio changed by the PWM controller. You may have a step-down chopper and the switch part which switches the output destination of the pulse voltage from the step-down chopper to the pulse voltage application object which the PWM control part selected. The PWM control unit may cause the switch unit to switch the output destination of the pulse voltage from the step-down chopper while the switching element of the step-down chopper is turned off. The switch unit may include an electromagnetic relay that opens and closes a contact between the step-down chopper and the first halogen heater according to a signal from the PWM control unit, and opens and closes a contact between the step-down chopper and the second halogen heater. Good.

本発明による画像形成装置ではPWM制御部が、第1ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、第1ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、変更後のデューティ比が下回れば、パルス電圧の印加対象を第1ハロゲンヒーターから第2ハロゲンヒーターへ切り換える。こうして、この画像形成装置は、ハロゲンヒーターにハロゲンサイクルを維持させたまま、外部の電源系統に過大なノイズを与えることなく、伝熱部材に与える熱量を更に少ない値に安定化させることができる。   In the image forming apparatus according to the present invention, when the PWM control unit selects the first halogen heater as the pulse voltage application target, the pulse satisfies the condition that the heat generation amount of the first halogen heater can maintain the halogen cycle. It is confirmed whether or not the duty ratio after the change is lower than the lower limit of the duty ratio of the voltage. If the duty ratio after the change is lower, the pulse voltage application target is switched from the first halogen heater to the second halogen heater. Thus, the image forming apparatus can stabilize the amount of heat applied to the heat transfer member to a smaller value without causing excessive noise to the external power supply system while maintaining the halogen cycle in the halogen heater.

(a)は、本発明の実施形態による画像形成装置の外観を示す斜視図である。(b)は、(a)の示す直線b−bに沿った画像形成装置の模式的な断面図である。FIG. 1A is a perspective view illustrating an appearance of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. (B) is a schematic cross-sectional view of the image forming apparatus along a line bb shown in (a). (a)は、図1の(b)が示す定着部の含むローラー対とそれらの駆動機構との模式的な斜視図である。(b)は、(a)が示す直線b−bに沿ったローラー対の断面図である。FIG. 2A is a schematic perspective view of a roller pair included in the fixing unit illustrated in FIG. 1B and their drive mechanism. (B) is sectional drawing of the roller pair along the straight line bb which (a) shows. (a)は、図2が示すハロゲンヒーターの側面図である。(b)は、(a)が示すガラス管の内部空間においてハロゲンガス分子とタングステン原子との間に生じるハロゲンサイクルを表すそのガラス管の模式的断面図である。(c)は、そのガラス管の内壁温度とハロゲンヒーターの寿命との間の関係を示すグラフである。(A) is a side view of the halogen heater shown in FIG. (B) is a schematic cross-sectional view of a glass tube showing a halogen cycle generated between halogen gas molecules and tungsten atoms in the internal space of the glass tube shown in (a). (C) is a graph which shows the relationship between the inner-wall temperature of the glass tube, and the lifetime of a halogen heater. 図1の示す画像形成装置の電子制御系統の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic control system of the image forming apparatus illustrated in FIG. 1. 図4の示すスイッチング変換部の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a switching converter shown in FIG. 4. 図5の示すスイッチング変換部の各部分における電流/電圧の波形を示すグラフである。(a)は整流部の入力電圧VIの波形を示し、(b)は整流部の出力電圧VRの波形を示し、(c)は、スイッチング素子のゲートに対してIGBT駆動回路が印加するパルス信号VPの波形を示す。(d)は、降圧チョッパがハロゲンヒーターの少なくとも一方に接続されている場合における回生ダイオードの両端間電圧VDの波形を示し、(e)は、同じ場合における降圧チョッパの出力電流IOの波形を示す。(f)は、スイッチング素子がオンする前後での、パルス信号VP、エミッタ電流IE、およびコレクタ−エミッタ間電圧VCEの波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the electric current / voltage in each part of the switching conversion part shown in FIG. (A) shows the waveform of the input voltage VI of the rectifier, (b) shows the waveform of the output voltage VR of the rectifier, and (c) shows the pulse signal applied by the IGBT drive circuit to the gate of the switching element. The waveform of VP is shown. (D) shows the waveform of the voltage VD across the regenerative diode when the step-down chopper is connected to at least one of the halogen heaters, and (e) shows the waveform of the output current IO of the step-down chopper in the same case. . (F) is a graph showing waveforms of the pulse signal VP, the emitter current IE, and the collector-emitter voltage VCE before and after the switching element is turned on. (a)は、図2の示すハロゲンヒーターの使用可能な出力電力範囲を示すグラフである。(b)は、図5の示すスイッチング変換部によるハロゲンヒーターに対する制御パターンを示す表である。(A) is a graph which shows the output power range which can use the halogen heater shown in FIG. (B) is a table | surface which shows the control pattern with respect to the halogen heater by the switching conversion part shown in FIG. (a)は、図1の示す画像形成装置の起動時刻t0以降における、図2の示す加熱ローラーの温度の経時変化を示すグラフである。(b)は、その加熱ローラーの初期温度T0と、その温度に応じて図5の示すPWM制御部が選択する制御パターンとの間の対応表である。(A) is a graph which shows the time-dependent change of the temperature of the heating roller shown in FIG. 2 after the starting time t0 of the image forming apparatus shown in FIG. (B) is a correspondence table between the initial temperature T0 of the heating roller and the control pattern selected by the PWM controller shown in FIG. 5 according to the temperature. 図1の(b)が示す定着部による、図2の示す加熱ローラーの温度制御のフローチャートである。It is a flowchart of the temperature control of the heating roller shown in FIG. 2 by the fixing unit shown in FIG. 図9が示すステップS103による温調制御のうち、待機モードにおける制御のフローチャートである。It is a flowchart of control in standby mode among temperature control by step S103 which FIG. 9 shows. 図2の示すハロゲンヒーターに対するPWM制御のフローチャートである。It is a flowchart of PWM control with respect to the halogen heater shown in FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[画像形成装置の外観]
図1の(a)は、本発明の実施形態による画像形成装置100の外観を示す斜視図である。この画像形成装置100は電子写真方式のカラープリンター、すなわちカラーレーザープリンターである。プリンター100の筐体の上面には排紙トレイ41が設けられ、その奥に開いた排紙口42から排紙されたシートを収容する。排紙トレイ41の前方には操作パネル51が取り付けられている。操作パネル51には、各種の機械的な押しボタンに加え、タッチパネル内蔵のディスプレイが配置されている。ディスプレイは、操作画面、各種情報の入力画面等のグラフィックスユーザーインターフェース(GUI)画面を表示する。タッチパネルは、アイコン、仮想ボタン、メニュー、ツールバー等、GUI画面の含むガジェットを通してユーザーの入力操作を受け付ける。プリンター100の底部には給紙カセット11が引き出し可能に取り付けられ、その中にシートの束が収容される。「シート」とは、紙製もしくは樹脂製の薄膜状もしくは薄板状の材料、物品、または印刷物をいう。給紙カセット11に収容可能なシートの種類すなわち紙種は、普通紙、上質紙、カラー用紙、または塗工紙であり、サイズは、A3、A4、A5、またはB4である。さらに、シートの姿勢は縦置きと横置きとのいずれにも設定可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Appearance of image forming apparatus]
FIG. 1A is a perspective view showing an external appearance of an image forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The image forming apparatus 100 is an electrophotographic color printer, that is, a color laser printer. A paper discharge tray 41 is provided on the upper surface of the printer 100 casing, and accommodates sheets discharged from a paper discharge port 42 opened in the back thereof. An operation panel 51 is attached in front of the paper discharge tray 41. On the operation panel 51, a display with a built-in touch panel is arranged in addition to various mechanical push buttons. The display displays a graphics user interface (GUI) screen such as an operation screen and an input screen for various information. The touch panel accepts user input operations through gadgets including GUI screens such as icons, virtual buttons, menus, and toolbars. A sheet feeding cassette 11 is removably attached to the bottom of the printer 100, and a bundle of sheets is accommodated therein. “Sheet” refers to a thin film or thin plate material, article, or printed material made of paper or resin. The type of sheet that can be stored in the paper feed cassette 11, that is, the paper type, is plain paper, high-quality paper, color paper, or coated paper, and the size is A3, A4, A5, or B4. Furthermore, the posture of the sheet can be set to either vertical or horizontal.

[画像形成装置の内部構造]
図1の(b)は、図1の(a)の示す直線b−bに沿ったプリンター100の模式的な断面図である。この図が示すようにプリンター100は、給送部10、作像部20、定着部30、および排紙部40を含む。
給送部10は、給紙ローラー12を利用して、給紙カセット11からシートSH1を1枚ずつ作像部20へ給送する。
[Internal structure of image forming apparatus]
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the printer 100 along the line bb shown in FIG. As shown in the figure, the printer 100 includes a feeding unit 10, an image forming unit 20, a fixing unit 30, and a paper discharge unit 40.
The feeding unit 10 feeds the sheet SH1 from the paper feeding cassette 11 to the image forming unit 20 one by one using the paper feeding roller 12.

作像部20はタンデム型であり、給送部10から送られたシートSH2にカラーまたはモノクロのトナー像を形成する。具体的には、4つの感光体(PC)ユニット20Y、20M、20C、20Kのそれぞれがまず感光体(PC)ドラム21Y、21M、21C、21Kの表面を帯電させ、その帯電部分に露光部22からの光を当てる。これらの光は、画像データの示すイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の階調値分布に従って変調されているので、PCドラム21Y、…の各表面には各色の静電潜像が形成される。PCユニット20Y、…は次に静電潜像を、Y、M、C、Kのトナーで現像する。その後、4色のトナー像は1次転写ローラー23Y、23M、23C、23KとPCドラム21Y、…との間の電界により、PCドラム21Y、…の表面から順番に中間転写ベルト24の表面上の同じ位置へ転写される。こうしてその位置に1つのカラートナー像が構成される。このカラートナー像はその後、中間転写ベルト24の駆動プーリー24Rと2次転写ローラー25との間のニップを通過する際、両者24R、25の間の電界により、同じニップへ同時に通紙されたシートSH2の表面へ転写される。このシートSH2は2次転写ローラー25から剥がされた後、定着部30へ送り出される。   The image forming unit 20 is a tandem type, and forms a color or monochrome toner image on the sheet SH2 sent from the feeding unit 10. Specifically, each of the four photoconductor (PC) units 20Y, 20M, 20C, and 20K first charges the surface of the photoconductor (PC) drums 21Y, 21M, 21C, and 21K, and the charged portion exposes the exposure unit 22. Shed light from Since these lights are modulated according to the gradation value distribution of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) indicated by the image data, each surface of the PC drum 21Y,. An electrostatic latent image of each color is formed. Next, the PC units 20Y,... Develop the electrostatic latent image with Y, M, C, and K toners. Thereafter, the four-color toner images are sequentially transferred from the surface of the PC drum 21Y,... To the surface of the intermediate transfer belt 24 by the electric field between the primary transfer rollers 23Y, 23M, 23C, 23K and the PC drum 21Y,. Transferred to the same position. Thus, one color toner image is formed at that position. Thereafter, when this color toner image passes through the nip between the drive pulley 24R of the intermediate transfer belt 24 and the secondary transfer roller 25, the sheet is simultaneously fed to the same nip by the electric field between the both 24R and 25. Transferred to the surface of SH2. The sheet SH2 is peeled off from the secondary transfer roller 25 and then sent out to the fixing unit 30.

定着部30は、作像部20から送り出されたシートSH3の上にトナー像を熱定着させる。具体的には、加熱ローラー31と加圧ローラー32との間のニップへそのシートSH3が通紙されるとき、加熱ローラー31はそのシートSH3の表面へ内蔵のヒーターの熱を加え、加圧ローラー32はそのシートSH3の加熱部分に対して圧力を加えて加熱ローラー31へ押し付ける。加熱ローラー31からの熱と加圧ローラー32からの圧力とにより、トナーがそのシートSH3の表面上に溶着する。その後、加熱ローラー31と加圧ローラー32とはこのシートSH3を定着部30から送出する。   The fixing unit 30 thermally fixes the toner image on the sheet SH <b> 3 sent out from the image forming unit 20. Specifically, when the sheet SH3 is passed through the nip between the heating roller 31 and the pressure roller 32, the heating roller 31 applies heat of a built-in heater to the surface of the sheet SH3, and the pressure roller No. 32 applies pressure to the heated portion of the sheet SH3 and presses it against the heating roller 31. The toner is welded onto the surface of the sheet SH3 by the heat from the heating roller 31 and the pressure from the pressure roller 32. Thereafter, the heating roller 31 and the pressure roller 32 send out the sheet SH3 from the fixing unit 30.

排紙部40は、定着部30から送出されたシートSH3を排紙トレイ41へ搬送する。具体的には、そのシートSH3の先端が定着部30から排紙ローラー43の間のニップまで到達したとき、この先端を排紙ローラー43が排紙口42へ引き込む。これにより、そのシートSH3は先端から順に排紙口42を通過し、排紙トレイ41に積載される。
[定着部の構造]
図2の(a)は、定着部30の含むローラー対31、32とそれらの駆動機構との模式的な斜視図であり、(b)は、(a)が示す直線b−bに沿ったローラー対31、32の断面図である。これらの図が示すように定着部30は、加熱ローラー31、加圧ローラー32、2本のハロゲンヒーター331、332、温度センサー35、モーター36、およびトルク伝達機構37を含む。
The paper discharge unit 40 conveys the sheet SH3 sent from the fixing unit 30 to the paper discharge tray 41. Specifically, when the leading end of the sheet SH3 reaches the nip between the fixing unit 30 and the discharge roller 43, the discharge roller 43 pulls the leading end into the discharge port 42. As a result, the sheets SH3 sequentially pass through the discharge outlet 42 from the leading edge and are stacked on the discharge tray 41.
[Fixing part structure]
2A is a schematic perspective view of the roller pairs 31 and 32 included in the fixing unit 30 and their drive mechanisms, and FIG. 2B is along a straight line bb shown in FIG. It is sectional drawing of the roller pair 31 and 32. FIG. As shown in these drawings, the fixing unit 30 includes a heating roller 31, a pressure roller 32, two halogen heaters 331 and 332, a temperature sensor 35, a motor 36, and a torque transmission mechanism 37.

加熱ローラー31と加圧ローラー32とは回転軸が互いに平行に配置され、外周面が互いに接触している。この接触部すなわちニップに、作像部20から送り出されたシートSH2が挟み込まれる。
加熱ローラー31は、芯金311、弾性体層312、および離型層313を含む。芯金311はたとえば直径数十mmの円筒部材であり、主に、アルミ、鉄等の金属から成る。弾性体層312は、芯金311の外側を覆う、主にシリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂から成る層であり、その厚さはたとえば1mm未満である。離型層313は、弾性体層312の外側を覆うフッ素樹脂等の薄膜であり、加熱ローラー31の外周面を形成している。離型層313は、加熱ローラー31による加熱で溶融したトナーがシートSH2の表面から加熱ローラー31の外周面へ転移する現象(オフセット現象)を防止する。
The heating roller 31 and the pressure roller 32 have rotational axes arranged in parallel with each other, and their outer peripheral surfaces are in contact with each other. The sheet SH2 fed from the image forming unit 20 is sandwiched between the contact portions, that is, the nip.
The heating roller 31 includes a cored bar 311, an elastic body layer 312, and a release layer 313. The cored bar 311 is a cylindrical member having a diameter of several tens mm, for example, and is mainly made of a metal such as aluminum or iron. The elastic body layer 312 is a layer mainly made of a highly elastic heat-resistant resin such as silicone rubber and covering the outside of the core metal 311 and has a thickness of, for example, less than 1 mm. The release layer 313 is a thin film such as a fluororesin that covers the outer side of the elastic body layer 312, and forms the outer peripheral surface of the heating roller 31. The release layer 313 prevents a phenomenon (offset phenomenon) in which the toner melted by the heating by the heating roller 31 is transferred from the surface of the sheet SH2 to the outer peripheral surface of the heating roller 31.

加圧ローラー32は、芯金321、弾性体層322、および離型層323を含む。芯金321はたとえば直径数十mmの円筒部材であり、主に、アルミ、鉄等の金属から成る。弾性体層322は、芯金321の外側を覆う主にシリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂から成る層である。この層の厚さはたとえば数mmであり、加熱ローラー31の弾性体層312の厚さよりも大きい。離型層323は、弾性体層322の外側を覆うフッ素樹脂等の薄膜であり、加圧ローラー32の外周面を形成している。加圧ローラー32は、図2には示されていないバネまたは電磁石等の付勢部材から加熱ローラー31に向かう力を受けている。これにより加圧ローラー32はニップに位置する部分が加熱ローラー31へ押し付けられるので、図2の(b)が示すとおり、その部分が窪むように変形する。加圧ローラー32のこの圧力と変形とにより、ニップに挟まれたシートSH2の部分には十分な熱量が加熱ローラー31から伝わるので、その部分に付着したトナーが、むらを残すことなくシートSH2の表面に定着する。   The pressure roller 32 includes a cored bar 321, an elastic body layer 322, and a release layer 323. The cored bar 321 is a cylindrical member having a diameter of several tens mm, for example, and is mainly made of a metal such as aluminum or iron. The elastic body layer 322 is a layer mainly made of a highly elastic heat-resistant resin such as silicone rubber that covers the outside of the cored bar 321. The thickness of this layer is several mm, for example, and is larger than the thickness of the elastic body layer 312 of the heating roller 31. The release layer 323 is a thin film such as a fluororesin that covers the outside of the elastic body layer 322, and forms the outer peripheral surface of the pressure roller 32. The pressure roller 32 receives a force toward the heating roller 31 from a biasing member such as a spring or an electromagnet not shown in FIG. As a result, the portion of the pressure roller 32 positioned at the nip is pressed against the heating roller 31, and as shown in FIG. 2B, the portion is deformed so as to be recessed. Due to this pressure and deformation of the pressure roller 32, a sufficient amount of heat is transmitted from the heating roller 31 to the portion of the sheet SH2 sandwiched between the nips, so that the toner adhering to the portion of the sheet SH2 does not leave unevenness. Fix on the surface.

2本のハロゲンヒーター331、332は加熱ローラー31の芯金311の内部空間に設置されている。各ヒーター331、332は細い棒状のハロゲンランプであり、芯金311の内部空間を長手方向に伸び、発光に伴う熱放射で芯金311の全体を内側から加熱する。この熱が加熱ローラー31の弾性体層312と離型層313とを通してその外周面に伝わるので、その温度がたとえば摂氏百数十度〜数百度の範囲に維持される。この高温により、シートSH2の表面に付着したトナーが溶融する。   The two halogen heaters 331 and 332 are installed in the internal space of the core metal 311 of the heating roller 31. Each of the heaters 331 and 332 is a thin rod-shaped halogen lamp that extends in the longitudinal direction in the inner space of the cored bar 311 and heats the entire cored bar 311 from the inside by heat radiation accompanying light emission. Since this heat is transmitted to the outer peripheral surface through the elastic body layer 312 and the release layer 313 of the heating roller 31, the temperature is maintained in the range of hundreds of degrees Celsius to several hundred degrees Celsius, for example. Due to this high temperature, the toner adhering to the surface of the sheet SH2 is melted.

温度センサー35は、サーモパイルを利用した非接触型温度センサーである。サーモパイルは、測定対象の表面から放射される熱を黒色の受光面で吸収し、その吸収に伴う受光面の温度上昇を多数の熱電対の直列接続で検出する。温度センサー35は所定の距離を隔てて加熱ローラー31の外周面に対向し、その面からの熱放射に伴うサーモパイルの出力から加熱ローラー31の表面温度(以下、「加熱ローラー31の温度」と略す。)を計測する。計測値はハロゲンヒーター331、332の発熱量の制御に利用される。   The temperature sensor 35 is a non-contact type temperature sensor using a thermopile. The thermopile absorbs the heat radiated from the surface to be measured by the black light receiving surface, and detects the temperature rise of the light receiving surface due to the absorption by connecting a number of thermocouples in series. The temperature sensor 35 is opposed to the outer peripheral surface of the heating roller 31 at a predetermined distance, and the surface temperature of the heating roller 31 (hereinafter referred to as “the temperature of the heating roller 31” is abbreviated from the output of the thermopile accompanying heat radiation from that surface) )). The measured value is used to control the amount of heat generated by the halogen heaters 331 and 332.

モーター36はたとえば直流ブラシレス(BLDC)モーターであり、そのシャフトがトルク伝達機構37の一端に接続されている。この伝達機構37の他端は加熱ローラー31の芯金311の一端に接続されている。伝達機構37はたとえば複数のギアを含む。ギアはモーター36のシャフトの回転数に対して加熱ローラー31の回転数を所定の割合に維持する。モーター36は伝達機構37を通してトルクを加熱ローラー31へ伝え、それを駆動ローラーとして回転させる。さらに、この回転に伴いニップに生じる摩擦力が、加圧ローラー32を従動ローラーとして回転させる。   The motor 36 is, for example, a direct current brushless (BLDC) motor, and its shaft is connected to one end of a torque transmission mechanism 37. The other end of the transmission mechanism 37 is connected to one end of a core bar 311 of the heating roller 31. The transmission mechanism 37 includes, for example, a plurality of gears. The gear maintains the rotation speed of the heating roller 31 at a predetermined ratio with respect to the rotation speed of the shaft of the motor 36. The motor 36 transmits the torque to the heating roller 31 through the transmission mechanism 37 and rotates it as a driving roller. Further, the frictional force generated in the nip with this rotation rotates the pressure roller 32 as a driven roller.

[ハロゲンヒーター]
−構造−
図3の(a)は、第1ハロゲンヒーター331の側面図である。この図が示す構造は、第2ハロゲンヒーター332についても同様である。この図が示すように、第1ハロゲンヒーター331は、ガラス管33A、フィラメント33B、封入ガス33C、封止部33D、および口金33Eを含む。ガラス管33Aはたとえば石英ガラス製の細長い円管であり、ヒーター331の放射する高熱に伴う摂氏数百度の高温に耐えうる。フィラメント33Bはたとえばコイル状のタングステン線であり、ガラス管33Aの内部空間を長手方向に伸びている。封入ガス33Cは不活性ガスと微量のハロゲンガスとの混合ガスである。たとえば不活性ガスは、窒素、アルゴン、またはクリプトンであり、ハロゲンガスは、ヨウ素、臭素、塩素、またはそれらの化合物である。ハロゲンガスは、フィラメント33Bから蒸発により気化したタングステン原子と循環型連鎖反応(ハロゲンサイクル)を繰り返すことにより、それらのタングステン原子をフィラメント33Bへ戻す。ハロゲンサイクルの存在がハロゲンランプのフィラメントを白熱電球のものよりも長寿命化する。封止部33Dは、ガラス管33Aの長手方向の各端部であり、気密に封じられている。封止部33Dにはモリブデン箔33Fが埋め込まれ、その一端がガラス管33Aの内部空間に露出してフィラメント33Bに接続されている。モリブデン箔33Fの他端は封止部33Dの中で口金33Eと導通している。口金33Eはたとえばセラミックまたは耐熱性の高い金属で形成され、ガラス管33Aの両端を固定すると共に、モリブデン箔33Fを通してフィラメント33Bを外部電源に導通させる。
[Halogen heater]
-Structure-
FIG. 3A is a side view of the first halogen heater 331. The structure shown in this figure is the same for the second halogen heater 332. As shown in the figure, the first halogen heater 331 includes a glass tube 33A, a filament 33B, a sealed gas 33C, a sealing portion 33D, and a base 33E. The glass tube 33A is an elongated circular tube made of, for example, quartz glass, and can withstand a high temperature of several hundred degrees Celsius due to the high heat radiated from the heater 331. The filament 33B is, for example, a coiled tungsten wire, and extends in the longitudinal direction in the internal space of the glass tube 33A. The sealed gas 33C is a mixed gas of an inert gas and a trace amount of halogen gas. For example, the inert gas is nitrogen, argon, or krypton, and the halogen gas is iodine, bromine, chlorine, or a compound thereof. The halogen gas returns the tungsten atoms to the filament 33B by repeating a cyclic chain reaction (halogen cycle) with the tungsten atoms vaporized by evaporation from the filament 33B. The presence of the halogen cycle makes the filament of the halogen lamp have a longer life than that of the incandescent bulb. The sealing portion 33D is each end portion in the longitudinal direction of the glass tube 33A and is hermetically sealed. Molybdenum foil 33F is embedded in the sealing portion 33D, and one end thereof is exposed to the internal space of the glass tube 33A and connected to the filament 33B. The other end of the molybdenum foil 33F is electrically connected to the base 33E in the sealing portion 33D. The base 33E is made of, for example, ceramic or a metal having high heat resistance, and fixes both ends of the glass tube 33A and makes the filament 33B conductive to an external power source through the molybdenum foil 33F.

−ハロゲンサイクル−
図3の(b)は、ガラス管33Aの内部空間においてハロゲンガス分子とタングステン原子との間に生じるハロゲンサイクルを表すガラス管33Aの模式的断面図である。この図が示すように、ヒーター331の通電中、摂氏数千度のフィラメント33Bと、外気で摂氏数百度に冷却されるガラス管33Aとの間に挟まれていることにより、ガラス管33Aの内部空間はフィラメント33B近傍の高温域HTRとガラス管33Aの内壁近傍の低温域LTRとに分けられる。高温域HTRでは、ハロゲン分子Xに加え、フィラメント33Bから気化したタングステン原子Wが飛び交っている。タングステン原子Wは、拡散により高温域HTRから低温域LTRまで移動すると周囲のガスに冷却されて2個のハロゲン分子Xと結合し、タングステンハライド分子WX2を形成する。タングステンハライドは揮発性であるので、ガラス管33Aの内壁が十分に高温であれば、タングステンハライド分子WX2はその内壁に付着することなく低温域LTRを浮遊し続ける。タングステンハライド分子WX2は封入ガス33Cの対流に伴い、低温域LTRから高温域HTRへ移動すると周囲のガスまたはフィラメント33Bから加熱されてタングステン原子Wとハロゲン分子Xとに解離する。解離後のタングステン原子Wはフィラメント33Bに沈着する。
-Halogen cycle-
FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the glass tube 33A showing a halogen cycle generated between halogen gas molecules and tungsten atoms in the internal space of the glass tube 33A. As shown in this figure, while the heater 331 is energized, it is sandwiched between a filament 33B of several thousand degrees Celsius and a glass tube 33A that is cooled to several hundred degrees Celsius by the outside air. The space is divided into a high temperature region HTR near the filament 33B and a low temperature region LTR near the inner wall of the glass tube 33A. In the high temperature region HTR, in addition to the halogen molecules X, tungsten atoms W vaporized from the filament 33B fly around. When the tungsten atoms W move from the high temperature region HTR to the low temperature region LTR by diffusion, they are cooled by the surrounding gas and bonded to the two halogen molecules X to form tungsten halide molecules WX 2 . Since tungsten halide is volatile, if the inner wall of the glass tube 33A is sufficiently hot, the tungsten halide molecule WX 2 continues to float in the low temperature region LTR without adhering to the inner wall. When the tungsten halide molecule WX 2 moves from the low temperature region LTR to the high temperature region HTR along with the convection of the sealed gas 33C, it is heated from the surrounding gas or filament 33B and dissociated into tungsten atoms W and halogen molecules X. The dissociated tungsten atoms W are deposited on the filament 33B.

このように、ハロゲンサイクルは、フィラメント33Bから気化したタングステン原子を再びフィラメント33Bへ戻すように作用する。この作用により、フィラメント33Bは、タングステンの蒸発にかかわらず細くなりにくいので、断線に対する耐性が高い。ハロゲンサイクルはまた、気化したタングステン原子がガラス管33Aの内壁へ付着することを防ぐように作用する。この作用により、付着したタングステン原子の固化に伴ってガラス管33Aの内壁が黒く変色する現象(黒化)が起こりにくいので、ガラス管33Aの透過率が長期間高く維持される。したがって、ハロゲンサイクルによるこれらの作用の持続時間が長いほど、ハロゲンヒーター33の寿命は長い。   Thus, the halogen cycle acts to return the tungsten atoms vaporized from the filament 33B to the filament 33B again. Due to this action, the filament 33B is less likely to become thin regardless of the evaporation of tungsten, and thus has high resistance to disconnection. The halogen cycle also acts to prevent vaporized tungsten atoms from adhering to the inner wall of the glass tube 33A. By this action, the phenomenon that the inner wall of the glass tube 33A turns black with the solidification of the attached tungsten atoms hardly occurs (blackening), so that the transmittance of the glass tube 33A is maintained high for a long time. Therefore, the longer the duration of these actions by the halogen cycle, the longer the life of the halogen heater 33.

図3の(c)は、ガラス管33Aの内壁温度とハロゲンヒーター331の寿命との間の関係を示すグラフである。このグラフの縦軸はヒーター331の寿命の最長値に対する相対値を表す。このグラフが示すとおり、ガラス管33Aの内壁温度が約250℃未満にしか保たれていないと、ヒーター331の寿命が著しく短縮する。これは、ガラス管33Aの内壁温度がタングステンハライド分子の気化には低すぎるのでタングステンハライド分子による内壁の黒化が進み、ハロゲンサイクルが持続不能に陥ることに起因する。したがって、ヒーター331の長寿命化には、ガラス管33Aの内壁温度を約250℃以上に維持し、ハロゲンサイクルを持続させることが重要である。   FIG. 3C is a graph showing the relationship between the inner wall temperature of the glass tube 33 </ b> A and the lifetime of the halogen heater 331. The vertical axis of this graph represents a relative value with respect to the longest life of the heater 331. As this graph shows, if the inner wall temperature of the glass tube 33A is kept only below about 250 ° C., the life of the heater 331 is remarkably shortened. This is because the inner wall temperature of the glass tube 33A is too low for the vaporization of tungsten halide molecules, so that the blackening of the inner wall by the tungsten halide molecules proceeds and the halogen cycle becomes unsustainable. Therefore, in order to extend the life of the heater 331, it is important to maintain the inner wall temperature of the glass tube 33A at about 250 ° C. or higher and to maintain the halogen cycle.

[画像形成装置の電子制御系統]
図4は、プリンター100の電子制御系統の構成を示すブロック図である。この制御系統ではプリンター100の各要素10、20、30、40に加え、操作部50と主制御部60とがバス90を通して互いに通信可能に接続されている。
−駆動部−
プリンター100の各要素10、…、40は駆動部10D、20D、30D、40Dを含む。図4は示していないが各駆動部10D、…は、搬送ローラー12、21、24R、25、31、32、43、PCドラム21Y、…等の可動部材に対する、アクチュエーター、制御回路、および駆動回路の組み合わせを含む。アクチュエーターはたとえばBLDCモーターである。制御回路は、マイクロプロセッサ(MPU/CPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)、またはプログラム可能な集積回路(FPGA)等の電子回路であり、アクチュエーターからフィードバックされる実際の制御量、たとえばモーターであれば回転速度に基づいてそのアクチュエーターに対する印加電圧の目標値を駆動回路に指示する。駆動回路はスイッチングコンバーターであり、電界効果トランジスタ(FET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等のパワートランジスタをスイッチング素子として利用して、アクチュエーターに対して電圧を印加する。これらの制御回路と駆動回路とによるフィードバック制御を利用して、各駆動部10D、…はアクチュエーターの制御量を、主制御部60から指示された目標値に制御する。
[Electronic control system of image forming apparatus]
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the electronic control system of the printer 100. In this control system, in addition to the elements 10, 20, 30, and 40 of the printer 100, the operation unit 50 and the main control unit 60 are connected to each other through a bus 90 so as to communicate with each other.
−Driver−
Each element 10,..., 40 of the printer 100 includes drive units 10D, 20D, 30D, 40D. Although not shown in FIG. 4, each drive unit 10 </ b> D includes actuators, control circuits, and drive circuits for movable members such as transport rollers 12, 21, 24 </ b> R, 25, 31, 32, 43, PC drums 21 </ b> Y,. Including a combination of The actuator is, for example, a BLDC motor. The control circuit is an electronic circuit such as a microprocessor (MPU / CPU), an application specific integrated circuit (ASIC), or a programmable integrated circuit (FPGA), and is an actual control amount fed back from an actuator, for example, a motor. If there is, the target value of the voltage applied to the actuator is instructed to the drive circuit based on the rotational speed. The drive circuit is a switching converter, and uses a power transistor such as a field effect transistor (FET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as a switching element to apply a voltage to the actuator. By using feedback control by these control circuits and drive circuits, each drive unit 10D,... Controls the control amount of the actuator to a target value instructed from the main control unit 60.

−操作部−
操作部50は、プリンター100に実装されたユーザーと外部の電子機器とに対するインタフェースの全体であり、ユーザーの操作または外部の電子機器との通信を通してジョブ処理の要求と印刷対象の画像データとを受け付け、それらを主制御部60へ伝える。図4が示すように操作部50は操作パネル51と外部インタフェース(I/F)52とを含む。操作パネル51は、図1の(a)が示すように、押しボタン、タッチパネル、およびディスプレイを含む。このディスプレイに操作パネル51はGUI画面を表示する。操作パネル51はまた、押しボタンの中からユーザーが押下したものを識別し、またはタッチパネルの中からユーザーが触れた位置を検出し、その識別または検出に関する情報を操作情報として主制御部60へ伝える。特に印刷ジョブの入力画面がディスプレイに表示されている場合、操作パネル51は、印刷対象のシートのサイズ、紙種、姿勢(縦置きと横置きとの別)、部数、画質等、印刷に関する条件をユーザーから受け付けて、これらの条件を示す項目を操作情報に組み込む。外部I/F52はUSBポートまたはメモリカードスロットを含み、それらを通してUSBメモリーまたはハードディスクドライブ(HDD)等の外付けの記憶装置から直に印刷対象の画像データを取り込む。外部I/F52は更に、外部のネットワークNTWに有線または無線で接続された通信ポートを含み、そのネットワークNTWを通して他の電子機器から印刷対象の画像データを受信する。
-Operation part-
The operation unit 50 is an entire interface between a user mounted on the printer 100 and an external electronic device, and accepts a job processing request and image data to be printed through a user operation or communication with the external electronic device. These are transmitted to the main controller 60. As shown in FIG. 4, the operation unit 50 includes an operation panel 51 and an external interface (I / F) 52. As shown in FIG. 1A, the operation panel 51 includes a push button, a touch panel, and a display. The operation panel 51 displays a GUI screen on this display. The operation panel 51 also identifies what is pressed by the user from among the push buttons, or detects the position touched by the user from the touch panel, and transmits information related to the identification or detection to the main control unit 60 as operation information. . In particular, when the print job input screen is displayed on the display, the operation panel 51 displays the printing conditions such as the size of the sheet to be printed, the paper type, the orientation (separately between the portrait and landscape orientation), the number of copies, and the image quality. Are received from the user, and items indicating these conditions are incorporated into the operation information. The external I / F 52 includes a USB port or a memory card slot, through which image data to be printed is taken directly from an external storage device such as a USB memory or a hard disk drive (HDD). The external I / F 52 further includes a communication port connected to the external network NTW by wire or wireless, and receives image data to be printed from another electronic device through the network NTW.

−主制御部−
主制御部60は、プリンター100の内部に設置された1枚の印刷回路基板に実装された集積回路である。図4が示すように、主制御部60は、CPU61、RAM62、およびROM63を含む。CPU61はMPUで構成され、各種ファームウェアを実行する。RAM62は、DRAM、SRAM等の揮発性半導体メモリー装置であり、CPU61がファームウェアを実行する際の作業領域をCPU61に提供すると共に、操作部50が受け付けた印刷対象の画像データを保存する。ROM63は書き込み不可の不揮発性記憶装置と書き換え可能な不揮発性記憶装置との組み合わせで構成されている。前者はファームウェアを格納し、後者は、EEPROM、フラッシュメモリー、SSD等の半導体メモリー装置、またはHDDを含み、CPU61に環境変数等の保存領域を提供する。
−Main control unit−
The main controller 60 is an integrated circuit mounted on a single printed circuit board installed inside the printer 100. As shown in FIG. 4, the main control unit 60 includes a CPU 61, a RAM 62, and a ROM 63. The CPU 61 is composed of an MPU and executes various firmware. The RAM 62 is a volatile semiconductor memory device such as a DRAM or an SRAM, and provides a work area when the CPU 61 executes firmware to the CPU 61 and stores image data to be printed received by the operation unit 50. The ROM 63 is configured by a combination of a non-writable nonvolatile storage device and a rewritable nonvolatile storage device. The former stores firmware, and the latter includes a semiconductor memory device such as an EEPROM, flash memory, and SSD, or an HDD, and provides a storage area for environment variables and the like to the CPU 61.

主制御部60は、CPU61が実行する各種ファームウェアに従い、他の要素10、20、…に対する制御主体としての多様な機能を実現する。たとえば、主制御部60は操作部50にGUI画面を表示させてユーザーの入力操作を受け付けさせる。また、操作部50からの操作情報に応じて主制御部60はプリンター100の動作モードを決定する。
プリンター100の動作モードにはたとえば、「稼働」、「待機(低電力)」、「スリープ」が含まれる。「稼働モード」は、プリンター100が印刷ジョブを処理する動作モードをいう。たとえば、給送部10は操作情報の示す枚数のシートを連続して給送し、作像部20はトナー像の形成とシートへの転写とを繰り返し、定着部30はシートへの加熱と加圧とを継続する。「待機モード」は、プリンター100がジョブを実行可能な状態で待機する動作モードをいう。具体的には、給送部10と作像部20とは停止し、定着部30は加熱ローラー31をハロゲンヒーター331、332で予熱して適正な温度に保つ。「スリープモード」とは、プリンター100が電力消費を必要最小限に抑える動作モードをいう。たとえば、給送部10と作像部20とに加えて定着部30も停止し、特にハロゲンヒーター331、332への電源供給が遮断される。
The main control unit 60 implements various functions as a control subject for the other elements 10, 20,... According to various firmware executed by the CPU 61. For example, the main control unit 60 displays a GUI screen on the operation unit 50 to accept a user input operation. Further, the main control unit 60 determines the operation mode of the printer 100 according to the operation information from the operation unit 50.
The operation mode of the printer 100 includes, for example, “operation”, “standby (low power)”, and “sleep”. “Operation mode” refers to an operation mode in which the printer 100 processes a print job. For example, the feeding unit 10 continuously feeds the number of sheets indicated by the operation information, the image forming unit 20 repeats the formation of the toner image and the transfer to the sheet, and the fixing unit 30 heats and heats the sheet. Continue with pressure. “Standby mode” refers to an operation mode in which the printer 100 stands by in a state where a job can be executed. Specifically, the feeding unit 10 and the image forming unit 20 are stopped, and the fixing unit 30 preheats the heating roller 31 with the halogen heaters 331 and 332 and keeps it at an appropriate temperature. “Sleep mode” refers to an operation mode in which the printer 100 minimizes power consumption. For example, the fixing unit 30 is stopped in addition to the feeding unit 10 and the image forming unit 20, and in particular, power supply to the halogen heaters 331 and 332 is shut off.

主制御部60は、プリンター100に生じた様々なイベント、たとえばジョブ処理の完了、停止ボタンまたは電源ボタン等の押下、タッチパネルによるジェスチャーの検出、ネットワークからのジョブ処理要求または停止命令の受信に応じてプリンター100の動作モードを切り換える。主制御部60は更に、この切り換えに必要な情報をプリンター100の各要素10、…へ提供する。たとえば稼働モードを指示する場合、主制御部60は、給送部10には、給送対象のシートの紙種と枚数、各搬送ローラー12、…の回転のタイミング、シートの搬送速度を指定し、作像部20には画像データと作像のタイミングとを提供し、定着部30には加熱ローラー31の目標温度またはハロゲンヒーター331、332の発熱量を指定する。   The main control unit 60 responds to various events occurring in the printer 100, for example, completion of job processing, pressing of a stop button or a power button, detection of a gesture by a touch panel, reception of a job processing request or a stop command from the network. The operation mode of the printer 100 is switched. The main control unit 60 further provides information necessary for the switching to each element 10 of the printer 100. For example, when instructing the operation mode, the main control unit 60 designates the paper type and the number of sheets to be fed, the timing of rotation of each of the conveyance rollers 12,. The image forming unit 20 is provided with image data and image forming timing, and the fixing unit 30 is designated with a target temperature of the heating roller 31 or a heat generation amount of the halogen heaters 331 and 332.

−定着部−
定着部30の制御系統は、主制御部60とは別の印刷回路基板に実装された、MPU/CPU、ASIC、FPGA等の集積回路である。この制御系統は駆動部30Dに加え、パルス幅変調(PWM)制御部30Cとスイッチング変換部30Sとを含む。
PWM制御部30Cは、MPU/CPU、ASIC、FPGA等の電子回路であり、加熱ローラー31の実温度を監視し、その実温度と目標温度との間の差に応じて、第1ハロゲンヒーター331と第2ハロゲンヒーター332との一方または両方を、一定周波数(たとえば20kHz。以下、「PWM周波数」という。)のパルス電圧の印加対象として選択する。PWM制御部30Cは更に、加熱ローラー31の実温度と目標温度との間の差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更する。具体的には、PWM制御部30Cは、温度センサー35からフィードバックされる加熱ローラー31の温度の計測値とその温度の目標値との間の差を求め、その差が狭まるようにパルス電圧のデューティ比を変更し、変更後のデューティ比をスイッチング変換部30Sへ通知する。
-Fixing part-
The control system of the fixing unit 30 is an integrated circuit such as an MPU / CPU, ASIC, or FPGA mounted on a printed circuit board different from the main control unit 60. This control system includes a pulse width modulation (PWM) control unit 30C and a switching conversion unit 30S in addition to the drive unit 30D.
The PWM control unit 30C is an electronic circuit such as an MPU / CPU, an ASIC, an FPGA, etc., monitors the actual temperature of the heating roller 31, and according to the difference between the actual temperature and the target temperature, One or both of the second halogen heater 332 and the second halogen heater 332 are selected as application targets of a pulse voltage having a constant frequency (for example, 20 kHz, hereinafter referred to as “PWM frequency”). The PWM control unit 30C further changes the duty ratio of the pulse voltage over time in accordance with the change with time of the difference between the actual temperature of the heating roller 31 and the target temperature. Specifically, the PWM control unit 30C obtains the difference between the measured value of the temperature of the heating roller 31 fed back from the temperature sensor 35 and the target value of the temperature, and the duty of the pulse voltage so that the difference is narrowed. The ratio is changed, and the changed duty ratio is notified to the switching converter 30S.

スイッチング変換部30Sは、商用交流電源等、外部電源から交流電力を受け、それを直流電力に変換してハロゲンヒーター331、332に供給する。スイッチング変換部30Sは特に、FET、IGBT等のパワートランジスタをスイッチング素子として利用してPWM周波数のパルス電圧を、PWM制御部30Cが選択した印加対象へ出力する。スイッチング変換部30Sは更に、PWMによりパルス電圧のデューティ比を、PWM制御部30Cが変更した値に調節する。   The switching conversion unit 30S receives AC power from an external power source such as a commercial AC power source, converts it to DC power, and supplies it to the halogen heaters 331 and 332. In particular, the switching converter 30S outputs a pulse voltage having a PWM frequency to a target to be applied selected by the PWM controller 30C using a power transistor such as an FET or IGBT as a switching element. The switching conversion unit 30S further adjusts the duty ratio of the pulse voltage to a value changed by the PWM control unit 30C by PWM.

[スイッチング変換部]
−回路構成−
図5は、スイッチング変換部30Sの回路図である。この図が示すように、スイッチング変換部30Sは、整流部381、ノイズフィルター382、降圧チョッパ383、IGBT駆動回路384、およびスイッチ部385を含む。
[Switching converter]
-Circuit configuration-
FIG. 5 is a circuit diagram of the switching converter 30S. As shown in this figure, the switching conversion unit 30S includes a rectification unit 381, a noise filter 382, a step-down chopper 383, an IGBT drive circuit 384, and a switch unit 385.

整流部381はたとえば全波整流回路であり、外部電源OPSから印加される交流電圧VIのうち、レベルが負の部分の極性を反転させることにより、その交流電圧VIを直流電圧VRに変換する。
ノイズフィルター382はたとえばπ型の3端子LCフィルターであり、リアクトルL1と2個のコンデンサーC1、C2とを含む。リアクトルL1の一端は整流部381の第1出力端子1Aの一方に接続されている。各コンデンサーC1、C2はリアクトルL1の異なる端と整流部381の出力端子の他方との間に接続されている。ノイズフィルター382はローパスフィルターであり、主に降圧チョッパ383の発する高周波ノイズが外部電源OPSへ向かって伝搬するのを防ぐ。
The rectifying unit 381 is, for example, a full-wave rectifying circuit, and converts the AC voltage VI into a DC voltage VR by inverting the polarity of the negative part of the AC voltage VI applied from the external power supply OPS.
The noise filter 382 is, for example, a π-type three-terminal LC filter, and includes a reactor L1 and two capacitors C1 and C2. One end of the reactor L1 is connected to one of the first output terminals 1A of the rectifying unit 381. Each of the capacitors C1 and C2 is connected between a different end of the reactor L1 and the other output terminal of the rectifying unit 381. The noise filter 382 is a low-pass filter and mainly prevents high-frequency noise generated by the step-down chopper 383 from propagating toward the external power source OPS.

降圧チョッパ383は、スイッチング素子を繰り返しオンオフさせることにより、入力の直流電圧を、それよりも低い直流電圧に変換するスイッチングコンバーターであり、リアクトルL2、回生ダイオードD1、およびスイッチング素子SWを含む。リアクトルL2の一端はノイズフィルター382のリアクトルL1を通して整流部381の第1出力端子1Aに接続され、他端は各ハロゲンヒーター331、332の一端に接続されている。リアクトルL1のその一端にはまた、回生ダイオードD1のカソードが接続されている。回生ダイオードD1のアノードと整流部381の第2出力端子1Bとの間にはスイッチング素子SWが接続されている。スイッチング素子SWはたとえばIGBTであり、コレクタが回生ダイオードD1のアノードに接続され、エミッタが整流部381の第2出力端子1Bに接続されている。スイッチング素子SWは、そのゲートに対してIGBT駆動回路384が印加するパルス信号VPのレベルに応じてオンオフする。すなわち、エミッタ−コレクタ間を導通させ、または遮断する。   The step-down chopper 383 is a switching converter that converts an input DC voltage into a lower DC voltage by repeatedly turning on and off the switching element, and includes a reactor L2, a regenerative diode D1, and a switching element SW. One end of the reactor L2 is connected to the first output terminal 1A of the rectifying unit 381 through the reactor L1 of the noise filter 382, and the other end is connected to one end of each halogen heater 331,332. The cathode of the regenerative diode D1 is also connected to one end of the reactor L1. A switching element SW is connected between the anode of the regenerative diode D1 and the second output terminal 1B of the rectifier 381. The switching element SW is, for example, an IGBT, the collector is connected to the anode of the regenerative diode D1, and the emitter is connected to the second output terminal 1B of the rectifying unit 381. The switching element SW is turned on / off according to the level of the pulse signal VP applied to the gate by the IGBT drive circuit 384. That is, the emitter-collector is made conductive or cut off.

IGBT駆動回路384は、デューティ比を示す通知信号NTFをPWM制御部30Cから受信し、そのデューティ比でPWM周波数(たとえば20kHz)のパルス信号VPを降圧チョッパ383のスイッチング素子SWのゲートに対して印加する。これに応じてスイッチング素子SWが、パルス信号VPのデューティ比と同じデューティ比でオンオフする。   The IGBT drive circuit 384 receives the notification signal NTF indicating the duty ratio from the PWM control unit 30C, and applies a pulse signal VP having a PWM frequency (for example, 20 kHz) to the gate of the switching element SW of the step-down chopper 383 at the duty ratio. To do. In response to this, the switching element SW is turned on / off at the same duty ratio as that of the pulse signal VP.

スイッチ部385は、たとえば4対の2連スイッチS1、S2、S3、S4を含む電磁リレーである。いずれのスイッチS1、…もPWM制御部30Cからの開閉信号SSWに応じてオンオフする。第1スイッチS1は、降圧チョッパ383のリアクトルL2の出力端子と第1ハロゲンヒーター331の一端との間、および回生ダイオードD1のアノードと第1ハロゲンヒーター331の他端との間を同時に開閉する。第2スイッチS1は、降圧チョッパ383のリアクトルL2の出力端子と第2ハロゲンヒーター332の一端との間、および回生ダイオードD1のアノードと第2ハロゲンヒーター332の他端との間を同時に開閉する。これら2対の2連スイッチS1、S2によりスイッチ部385は降圧チョッパ383による直流電圧VOの出力先を、PWM制御部30Cが選択した印加対象へ切り換える。第3スイッチS3は整流部381の出力端子1A、1Bと第1ハロゲンヒーター331の両端との間を同時に開閉し、第4スイッチS4は整流部381の出力端子1A、1Bと第2ハロゲンヒーター332の両端との間を同時に開閉する。第3スイッチS3をオンさせる場合、スイッチ部385は第1スイッチS1をオフさせ、第4スイッチS4をオンさせる場合、第2スイッチS2をオフさせる。これにより、第3スイッチS3と第4スイッチS4とは整流部381とハロゲンヒーター331、332との間に、降圧チョッパ383を迂回する導通経路を形成する。この経路を通して整流部381の出力電圧VRが直にハロゲンヒーター331、332に対して印加される。   The switch unit 385 is an electromagnetic relay including, for example, four pairs of double switches S1, S2, S3, and S4. Each of the switches S1,... Is turned on / off in response to an open / close signal SSW from the PWM control unit 30C. The first switch S1 opens and closes simultaneously between the output terminal of the reactor L2 of the step-down chopper 383 and one end of the first halogen heater 331, and between the anode of the regenerative diode D1 and the other end of the first halogen heater 331. The second switch S1 opens and closes simultaneously between the output terminal of the reactor L2 of the step-down chopper 383 and one end of the second halogen heater 332, and between the anode of the regenerative diode D1 and the other end of the second halogen heater 332. With these two pairs of double switches S1 and S2, the switch unit 385 switches the output destination of the DC voltage VO by the step-down chopper 383 to the application target selected by the PWM control unit 30C. The third switch S3 simultaneously opens and closes between the output terminals 1A and 1B of the rectifying unit 381 and both ends of the first halogen heater 331, and the fourth switch S4 includes the output terminals 1A and 1B of the rectifying unit 381 and the second halogen heater 332. Open and close between the two ends at the same time. The switch unit 385 turns off the first switch S1 when turning on the third switch S3, and turns off the second switch S2 when turning on the fourth switch S4. Thus, the third switch S3 and the fourth switch S4 form a conduction path that bypasses the step-down chopper 383 between the rectifying unit 381 and the halogen heaters 331 and 332. The output voltage VR of the rectifying unit 381 is directly applied to the halogen heaters 331 and 332 through this path.

−電流/電圧の波形−
図6は、スイッチング変換部30Sの各部分における電流/電圧の波形を示すグラフである。(a)は整流部381の入力電圧VIの波形を示し、(b)は整流部381の出力電圧VRの波形を示し、(c)は、スイッチング素子SWのゲートに対してIGBT駆動回路384が印加するパルス信号VPの波形を示す。(d)は、降圧チョッパ383がハロゲンヒーター331、332の少なくとも一方に接続されている場合における回生ダイオードD1の両端間電圧VDの波形を示し、(e)は、同じ場合における降圧チョッパ383の出力電流IOの波形を示す。いずれのグラフも横軸は時間を表す。
-Current / voltage waveform-
FIG. 6 is a graph showing a current / voltage waveform in each part of the switching converter 30S. (A) shows the waveform of the input voltage VI of the rectifying unit 381, (b) shows the waveform of the output voltage VR of the rectifying unit 381, and (c) shows that the IGBT drive circuit 384 is connected to the gate of the switching element SW. The waveform of the pulse signal VP to be applied is shown. (D) shows the waveform of the voltage VD across the regenerative diode D1 when the step-down chopper 383 is connected to at least one of the halogen heaters 331 and 332, and (e) shows the output of the step-down chopper 383 in the same case. The waveform of current IO is shown. In each graph, the horizontal axis represents time.

図6の(a)、(b)が示すように、整流部381の出力電圧VRの波形は、入力電圧VIの波形のうち負の部分を上下反転させた形状に等しい。図6の(c)が示すように、パルス信号VPは矩形状の2値信号であり、ハイレベルHLがスイッチング素子SWのオン期間を表し、ローレベルLLがオフ期間を表す。図6の(c)、(d)、(e)が示すように、パルス信号VPがハイレベルHLであるときは、回生ダイオードD1の両端間電圧VDは実質的に整流部381の出力電圧VRと等しく、降圧チョッパ383の出力電流IOが増大する。一方、パルス信号VPがローレベルLLであるときは、回生ダイオードD1の両端間電圧VDは実質的に“0”と等しく、降圧チョッパ383の出力電流IOが実質的に途絶える。これらは次の理由に因る。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the waveform of the output voltage VR of the rectifying unit 381 is equal to the shape obtained by vertically inverting the negative portion of the waveform of the input voltage VI. As shown in FIG. 6C, the pulse signal VP is a rectangular binary signal, and the high level HL represents the ON period of the switching element SW, and the low level LL represents the OFF period. As shown in FIGS. 6C, 6D, and 6E, when the pulse signal VP is at the high level HL, the voltage VD across the regeneration diode D1 is substantially equal to the output voltage VR of the rectifier 381. And the output current IO of the step-down chopper 383 increases. On the other hand, when the pulse signal VP is at the low level LL, the voltage VD across the regenerative diode D1 is substantially equal to “0”, and the output current IO of the step-down chopper 383 is substantially interrupted. These are due to the following reasons.

スイッチング素子SWのオン期間では、回生ダイオードD1のアノードが整流部381の第2出力端子1Bに導通する。一方、カソードが整流部381の第1出力端子1Aに接続されているので、回生ダイオードD1は逆バイアスによりオフする。こうして、回生ダイオードD1の両端間電圧VDが整流部381の出力端子1A、1B間の電圧VRと実質的に一致する。したがって、降圧チョッパ383のリアクトルL2とハロゲンヒーター331、332との直列接続に流れる電流IOが増大し、外部電源OPSからの電力が、リアクトルL2には磁気エネルギーとして蓄積され、ハロゲンヒーター331、332からは放射熱として放出される。   During the ON period of the switching element SW, the anode of the regenerative diode D1 is conducted to the second output terminal 1B of the rectifying unit 381. On the other hand, since the cathode is connected to the first output terminal 1A of the rectifying unit 381, the regenerative diode D1 is turned off by the reverse bias. Thus, the voltage VD across the regenerative diode D1 substantially coincides with the voltage VR between the output terminals 1A and 1B of the rectifier 381. Therefore, the current IO flowing in the series connection between the reactor L2 of the step-down chopper 383 and the halogen heaters 331 and 332 increases, and the electric power from the external power source OPS is accumulated as magnetic energy in the reactor L2, and the halogen heaters 331 and 332 Is released as radiant heat.

スイッチング素子SWのオフ期間では、回生ダイオードD1のアノードが整流部381の第2出力端子1Bから電気的に分離される。一方、降圧チョッパ383のリアクトルL2では、オン期間中に蓄積された磁気エネルギーにより起電力が生じ、出力電流IOが維持される。この出力電流IOが回生ダイオードD1のアノードに流れ込むので回生ダイオードD1がオンする。その結果、回生ダイオードD1の両端間電圧VDが実質的に“0”まで降下する。   During the OFF period of the switching element SW, the anode of the regenerative diode D1 is electrically separated from the second output terminal 1B of the rectifying unit 381. On the other hand, in reactor L2 of step-down chopper 383, an electromotive force is generated by the magnetic energy accumulated during the ON period, and output current IO is maintained. Since the output current IO flows into the anode of the regenerative diode D1, the regenerative diode D1 is turned on. As a result, the voltage VD across the regenerative diode D1 drops substantially to “0”.

さらに、オフ期間中にリアクトルL2が磁気エネルギーを使い果たし、出力電流IOが途絶えるように、リアクトルL2のインダクタンスとスイッチング素子SWのオンオフの周期、すなわちPWM周波数の逆数(PWM周期)が設計されている。このように、スイッチング素子SWがオフするごとに出力電流IOが途絶える降圧チョッパ383の動作モードを「電流不連続モード」という。こうして、スイッチング素子SWのオフ期間では、出力電流IOが途絶える。したがって、ハロゲンヒーター331、332からの熱放射が止まる。   Further, the inductance of the reactor L2 and the on / off cycle of the switching element SW, that is, the reciprocal of the PWM frequency (PWM cycle) are designed so that the reactor L2 uses up magnetic energy during the off period and the output current IO is interrupted. As described above, the operation mode of the step-down chopper 383 in which the output current IO is interrupted every time the switching element SW is turned off is referred to as “current discontinuous mode”. Thus, the output current IO is interrupted during the OFF period of the switching element SW. Therefore, the heat radiation from the halogen heaters 331 and 332 stops.

スイッチング素子SWのオン期間中、降圧チョッパ383のリアクトルL2では磁気エネルギーの蓄積に伴い磁束が増える。このときの増加分Δφonは、整流部381からの入力電圧VRとハロゲンヒーター331、332への出力電圧VOとのオン期間中の変化を無視すれば、それらの間の差VR−VOにスイッチング素子SWのオン時間Tonを乗じた値で近似される:Δφon≒(VR−VO)Ton。一方、スイッチング素子SWのオフ期間では、降圧チョッパ383のリアクトルL2から磁気エネルギーが放出されるので磁束が減る。このときの減少分Δφoffは、出力電圧VOのオフ期間中の変化を無視すれば、その出力電圧VOにスイッチング素子SWのオフ時間Toffを乗じた値に等しい:Δφoff≒VO×Toff。降圧チョッパ383の動作が安定していれば、磁束の増加分Δφonと減少分Δφoffとは等しいはずである。その等式Δφon=Δφoff、すなわち(VR−VO)/VO=Toff/Tonから、入力電圧VRに対する出力電圧VOの比がスイッチング素子SWのオンオフのデューティ比DT=Ton/(Ton+Toff)により次式で表される:VO/VR=DT。特にデューティ比DTは“1”よりも小さいので、出力電圧VOは入力電圧VRよりも低い:VO<VR。   During the ON period of the switching element SW, the magnetic flux increases in the reactor L2 of the step-down chopper 383 as the magnetic energy is accumulated. The increase Δφon at this time is equal to the difference VR−VO between the input voltage VR from the rectifying unit 381 and the output voltage VO to the halogen heaters 331 and 332 during the ON period. It is approximated by a value multiplied by the SW on-time Ton: Δφon≈ (VR−VO) Ton. On the other hand, in the OFF period of the switching element SW, magnetic energy is released from the reactor L2 of the step-down chopper 383, so that the magnetic flux decreases. If the change during the OFF period of the output voltage VO is ignored, the decrease Δφoff at this time is equal to a value obtained by multiplying the output voltage VO by the OFF time Toff of the switching element SW: Δφoff≈VO × Toff. If the operation of the step-down chopper 383 is stable, the increase Δφon and the decrease Δφoff of the magnetic flux should be equal. From the equation Δφon = Δφoff, that is, (VR−VO) / VO = Toff / Ton, the ratio of the output voltage VO to the input voltage VR is expressed by the following equation by the duty ratio DT = Ton / (Ton + Toff) of the switching element SW Expressed: VO / VR = DT. In particular, since the duty ratio DT is smaller than “1”, the output voltage VO is lower than the input voltage VR: VO <VR.

−電流不連続モードの利点−
降圧チョッパ383は、上記のとおり、電流不連続モードで動作するように設計されている。これにより、スイッチング素子SWのオン期間では出力電流IOが維持されるのでハロゲンヒーター331、332から熱が放射され、オフ期間では出力電流IOが途絶えるのでハロゲンヒーター331、332からの熱放射が止まる。オフ期間に対するオン期間の時間長の割合、すなわちスイッチング素子SWのオンオフのデューティ比が高いほどハロゲンヒーター331、332の発熱量は多い。したがって、そのデューティ比が調節されることにより、ハロゲンヒーター331、332の発熱量が制御される。
-Advantages of current discontinuous mode-
The step-down chopper 383 is designed to operate in the current discontinuous mode as described above. As a result, the output current IO is maintained during the ON period of the switching element SW, so that heat is radiated from the halogen heaters 331 and 332, and the output current IO is interrupted during the OFF period, so that the heat emission from the halogen heaters 331 and 332 stops. The higher the ratio of the time length of the on period to the off period, that is, the duty ratio of on / off of the switching element SW, the greater the amount of heat generated by the halogen heaters 331 and 332. Therefore, the amount of heat generated by the halogen heaters 331 and 332 is controlled by adjusting the duty ratio.

リアクトルL2のインダクタンスとPWM周波数とによっては、図6の(e)が破線で示すように、スイッチング素子SWのオフ期間中、出力電流IOを持続させる動作も可能である。降圧チョッパ383のこの動作モードを「電流連続モード」という。電流連続モードにおいてもスイッチング素子SWのオフ期間中では出力電流IOが減衰するので、スイッチング素子SWのオンオフのデューティ比の調節によりハロゲンヒーター331、332の発熱量が調節可能ではある。   Depending on the inductance of the reactor L2 and the PWM frequency, as shown in FIG. 6E by a broken line, an operation of maintaining the output current IO during the OFF period of the switching element SW is also possible. This operation mode of the step-down chopper 383 is referred to as “current continuous mode”. Even in the current continuous mode, the output current IO is attenuated during the OFF period of the switching element SW. Therefore, the amount of heat generated by the halogen heaters 331 and 332 can be adjusted by adjusting the ON / OFF duty ratio of the switching element SW.

しかし、電流不連続モードでは電流連続モードとは異なり、オフ期間中に出力電流IOが途絶えるので、スイッチング素子SWのオンに伴うスイッチングノイズが実質上存在しない。これにより、スイッチングノイズが大幅に低減するので、電流不連続モードは電流連続モードよりも有利である。
「スイッチングノイズ」とは主に、スイッチング素子SWのオンオフに伴うサージ電流/電圧をいう。スイッチングノイズは十分に小さければノイズフィルター382で除去される。しかし、スイッチングノイズがノイズフィルター382で除去しきれないほど過大であり、外部電源OPSまで伝搬した場合、その電源OPSを通して外部機器に誤動作を起こさせかねない。過大なスイッチングノイズはまた、スイッチング変換部30Sと外部電源OPSとの接続部を通して、搬送部10、作像部20等、プリンター100の他の要素の電源系統にまで侵入しうる。この場合、侵入先の動作が不安定化し、搬送不良、画質劣化等の不具合が生じる危険性もある。
However, in the current discontinuous mode, unlike the current continuous mode, the output current IO is interrupted during the off period, so that there is substantially no switching noise associated with the switching element SW being turned on. This significantly reduces switching noise, so that the current discontinuous mode is more advantageous than the current continuous mode.
“Switching noise” mainly refers to a surge current / voltage associated with ON / OFF of the switching element SW. If the switching noise is sufficiently small, it is removed by the noise filter 382. However, the switching noise is so large that it cannot be removed by the noise filter 382. If the switching noise propagates to the external power source OPS, it may cause a malfunction in the external device through the power source OPS. Excessive switching noise can also enter the power supply system of other elements of the printer 100 such as the transport unit 10 and the image forming unit 20 through the connection part between the switching conversion unit 30S and the external power supply OPS. In this case, the operation at the intrusion destination becomes unstable, and there is a risk that problems such as poor conveyance and image quality degradation may occur.

図6の(f)は、スイッチング素子SWがオンする前後での、パルス信号VP、エミッタ電流IE、およびコレクタ−エミッタ間電圧VCEの波形を示すグラフである。電流不連続モードでは、パルス信号VPが立ち上がる前にすでに出力電流IOが途絶えている。したがって、パルス信号VPが立ち上がった時点ではスイッチング素子SWのコレクタに流れ込む電流が存在しないので、エミッタ電流IEが流れ出さない。コレクタ−エミッタ間電圧VCEが実質的に“0”へ降下した後にようやくエミッタ電流IEは流れ始める。すなわち、図6の(f)が実線で示すように、エミッタ電流IEが流れる期間は、コレクタ−エミッタ間電圧VCEが“0”よりも大きい期間と重複しない。これに対し、電流連続モードではスイッチング素子SWのオフ期間中、出力電流IOがある程度の量を維持している。したがって、パルス信号VPの立ち上がりに応じてスイッチング素子SWのコレクタに出力電流IOの一部が流れ込むので、コレクタ−エミッタ間電圧VCEが実質的に“0”まで降下しないうちにエミッタ電流IEが急速に増大する。すなわち、図6の(f)が破線で示すように、エミッタ電流IEが流れる期間は、コレクタ−エミッタ間電圧VCEが“0”よりも大きい期間と重複する。この重複期間SWLではエミッタ電流IEとコレクタ−エミッタ間電圧VCEとの積が“0”ではないので、スイッチング素子SWに電力損失が生じている。この損失の一部がスイッチングノイズとして散逸する。このように、電流不連続モードではエミッタ電流IEとコレクタ−エミッタ間電圧VCEとの間に波形の重複がないので、スイッチング素子SWのオンに伴うスイッチングノイズが実質上存在しない。   FIG. 6F is a graph showing waveforms of the pulse signal VP, the emitter current IE, and the collector-emitter voltage VCE before and after the switching element SW is turned on. In the current discontinuous mode, the output current IO has already stopped before the pulse signal VP rises. Therefore, when the pulse signal VP rises, no current flows into the collector of the switching element SW, so that the emitter current IE does not flow out. Only after the collector-emitter voltage VCE drops to substantially "0", the emitter current IE starts to flow. That is, as indicated by the solid line in FIG. 6F, the period in which the emitter current IE flows does not overlap with the period in which the collector-emitter voltage VCE is greater than “0”. On the other hand, in the current continuous mode, the output current IO maintains a certain amount during the OFF period of the switching element SW. Accordingly, a part of the output current IO flows into the collector of the switching element SW in response to the rise of the pulse signal VP, so that the emitter current IE rapidly increases before the collector-emitter voltage VCE substantially drops to “0”. Increase. That is, as shown in FIG. 6F by a broken line, the period during which the emitter current IE flows overlaps with the period when the collector-emitter voltage VCE is greater than “0”. In this overlap period SWL, the product of the emitter current IE and the collector-emitter voltage VCE is not “0”, so that power loss occurs in the switching element SW. Part of this loss is dissipated as switching noise. In this way, in the current discontinuous mode, there is no waveform overlap between the emitter current IE and the collector-emitter voltage VCE, so that there is substantially no switching noise associated with the switching element SW being turned on.

[ハロゲンヒーターに対する制御パターン]
上記のとおり、スイッチング素子SWのオンオフのデューティ比が調節されることにより、ハロゲンヒーター331、332の発熱量が制御される。したがって、スイッチング素子SWのオンオフのデューティ比が設定可能な範囲により、ハロゲンヒーター331、332の発熱量の使用可能な範囲が決まる。
[Control pattern for halogen heater]
As described above, the amount of heat generated by the halogen heaters 331 and 332 is controlled by adjusting the ON / OFF duty ratio of the switching element SW. Therefore, the usable range of the heat generation amount of the halogen heaters 331 and 332 is determined by the range in which the duty ratio of the on / off of the switching element SW can be set.

図7の(a)は、第1ハロゲンヒーター331と第2ハロゲンヒーター332とのそれぞれの使用可能な出力電力範囲を示すグラフである。各ヒーター331、332の出力電力は連続点灯時にはそのヒーターの定格電力に等しい。連続点灯は理論上、スイッチング素子SWのオンオフのデューティ比が100%である場合(すなわち「全点灯」)に相当するので、ヒーターの定格電力はその出力電力の最大値を表す。図7の(a)において、第1ハロゲンヒーター331の出力電力の最大値が1000Wであり、第2ハロゲンヒーター332の最大値が500Wであるのは、各ヒーター331、332の定格電力が1000W、500Wであることによる。   FIG. 7A is a graph showing the usable output power ranges of the first halogen heater 331 and the second halogen heater 332. The output power of each heater 331, 332 is equal to the rated power of the heater during continuous lighting. The continuous lighting is theoretically equivalent to a case where the duty ratio of on / off of the switching element SW is 100% (that is, “all lighting”), so the rated power of the heater represents the maximum value of the output power. In FIG. 7A, the maximum value of the output power of the first halogen heater 331 is 1000 W, and the maximum value of the second halogen heater 332 is 500 W. The rated power of each of the heaters 331 and 332 is 1000 W, Because it is 500W.

スイッチング変換部30SがPWM制御により各ヒーター331、332を点滅させる場合、図7の(a)が示すように、スイッチング素子SWのオンオフのデューティ比に対して設定可能な範囲の上限は100%よりも低く、下限は0%よりも高い。
デューティ比の上限は、降圧チョッパ383が電流不連続モードで動作可能であるという条件で決まり、特に降圧チョッパ383のリアクトルL2のインダクタンスとPWM周期とに大きく影響される。図7の(a)の示すデューティ比の上限70%は、リアクトルL2のインダクタンス20μHとPWM周波数20kHzとから算定された許容上限の一例であり、特に制御の簡単化を目的として両ヒーター331、332に対して共通化されている。
When the switching converter 30S blinks the heaters 331 and 332 by PWM control, as shown in FIG. 7A, the upper limit of the range that can be set for the on / off duty ratio of the switching element SW is more than 100%. The lower limit is higher than 0%.
The upper limit of the duty ratio is determined by the condition that the step-down chopper 383 can operate in the current discontinuous mode, and is particularly greatly influenced by the inductance of the reactor L2 of the step-down chopper 383 and the PWM cycle. The upper limit 70% of the duty ratio shown in FIG. 7A is an example of an allowable upper limit calculated from the inductance 20 μH of the reactor L2 and the PWM frequency 20 kHz. In particular, for the purpose of simplifying the control, both heaters 331 and 332 are used. It is common to.

デューティ比の下限は、ハロゲンヒーター331、332の発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるか否か、すなわち、ヒーターからの熱がその管壁温度を下限250℃以上に維持可能であるか否かで決まる。図7の(a)の示すデューティ比の下限30%は許容下限の一例であり、特に制御の簡単化を目的として両ヒーター331、332に対して共通化されている。   The lower limit of the duty ratio is whether or not the heat generation amount of the halogen heaters 331 and 332 can maintain the halogen cycle, that is, whether or not the heat from the heater can maintain the tube wall temperature at the lower limit of 250 ° C. or more. Determined by. The lower limit 30% of the duty ratio shown in FIG. 7A is an example of an allowable lower limit, and is commonly used for both heaters 331 and 332 for the purpose of simplifying the control.

図7の(b)は、スイッチング変換部30Sによるハロゲンヒーター331、332に対する制御パターンTY1、TY2、…、TY6を示す表である。制御パターンTY1、…は、各ハロゲンヒーター331、332の状態が、全点灯、PWM制御による点滅、消灯のいずれに維持されるべきかを規定し、具体的には、スイッチ部385の含む4対の2連スイッチS1、…のオンオフの組み合わせで表現される。各制御パターンTY1、…における出力電力の範囲は図7の(a)に示されている。   FIG. 7B is a table showing control patterns TY1, TY2,..., TY6 for the halogen heaters 331 and 332 by the switching converter 30S. The control pattern TY1,... Defines whether the state of each of the halogen heaters 331, 332 should be maintained as full lighting, blinking by PWM control, or extinguishing, specifically, four pairs including the switch unit 385. Are expressed by a combination of ON and OFF of the two-unit switches S1,. The range of output power in each control pattern TY1,... Is shown in FIG.

第1制御パターンTY1では、スイッチ部385が第1スイッチS1と第2スイッチS2とをオフさせ、第3スイッチS3と第4スイッチS4とをオンさせる。これにより、整流部381の出力電圧VRが降圧チョッパ383を迂回して直に両方のハロゲンヒーター331、332に対して印加されるので、いずれのハロゲンヒーター331、332も全点灯する。この場合の出力電力1500Wは両ヒーター331、332の定格電力の和1000W+500W=1500Wに等しい。   In the first control pattern TY1, the switch unit 385 turns off the first switch S1 and the second switch S2, and turns on the third switch S3 and the fourth switch S4. As a result, the output voltage VR of the rectifying unit 381 bypasses the step-down chopper 383 and is directly applied to both the halogen heaters 331 and 332, so that all the halogen heaters 331 and 332 are fully lit. The output power 1500W in this case is equal to the sum of the rated powers of both heaters 331 and 332, 1000W + 500W = 1500W.

第2制御パターンTY2では、スイッチ部385が第1スイッチS1と第4スイッチS4とをオフさせ、第2スイッチS2と第3スイッチS3とをオンさせる。これにより、第1ハロゲンヒーター331は全点灯する一方、第2ハロゲンヒーター332は、降圧チョッパ383からのPWM制御に従った断続的な出力により点滅する。この場合の出力電力の範囲1150W〜1350Wは、第1ハロゲンヒーター331の定格電力1000Wだけ第2ハロゲンヒーター332の出力電力の範囲150W〜350Wよりも高い。   In the second control pattern TY2, the switch unit 385 turns off the first switch S1 and the fourth switch S4, and turns on the second switch S2 and the third switch S3. As a result, the first halogen heater 331 is fully lit, while the second halogen heater 332 blinks by intermittent output according to the PWM control from the step-down chopper 383. The output power range 1150W to 1350W in this case is higher than the output power range 150W to 350W of the second halogen heater 332 by the rated power 1000W of the first halogen heater 331.

第3制御パターンTY3では、スイッチ部385が第1スイッチS1と第4スイッチS4とをオンさせ、第2スイッチS2と第3スイッチS3とをオフさせる。これにより、第1ハロゲンヒーター331は降圧チョッパ383からのPWM制御に従った断続的な出力により点滅する一方、第2ハロゲンヒーター332は全点灯する。この場合の出力電力の範囲800W〜1200Wは、第2ハロゲンヒーター332の定格電力500Wだけ第1ハロゲンヒーター331の出力電力の範囲300W〜700Wよりも高い。   In the third control pattern TY3, the switch unit 385 turns on the first switch S1 and the fourth switch S4 and turns off the second switch S2 and the third switch S3. Accordingly, the first halogen heater 331 blinks by intermittent output according to the PWM control from the step-down chopper 383, while the second halogen heater 332 is fully lit. The output power range 800 W to 1200 W in this case is higher than the output power range 300 W to 700 W of the first halogen heater 331 by the rated power 500 W of the second halogen heater 332.

第4制御パターンTY4では、スイッチ部385が第1スイッチS1と第2スイッチS2とをオンさせ、第3スイッチS3と第4スイッチS4とをオフさせる。これにより、両方のハロゲンヒーター331、332が、降圧チョッパ383からのPWM制御に従った断続的な出力により点滅する。この場合の出力電力の範囲450W〜1050Wは、両ヒーター331、332の出力電力間での下限の和300W+150Wから上限の和700W+350Wまでの範囲に等しい。   In the fourth control pattern TY4, the switch unit 385 turns on the first switch S1 and the second switch S2, and turns off the third switch S3 and the fourth switch S4. As a result, both halogen heaters 331 and 332 blink by intermittent output according to the PWM control from the step-down chopper 383. The output power range 450W to 1050W in this case is equal to the range from the lower limit sum 300W + 150W to the upper limit sum 700W + 350W between the output powers of the heaters 331 and 332.

第5制御パターンTY5では、スイッチ部385が第1スイッチS1をオンさせ、残りのスイッチS2、S3、S4をオフさせる。これにより、第1ハロゲンヒーター331は降圧チョッパ383からのPWM制御に従った断続的な出力により点滅する一方、第2ハロゲンヒーター332は消灯する。この場合の出力電力の範囲300W〜700Wは第1ハロゲンヒーター331の出力電力の範囲に等しい。   In the fifth control pattern TY5, the switch unit 385 turns on the first switch S1, and turns off the remaining switches S2, S3, and S4. Thereby, the first halogen heater 331 blinks by intermittent output according to the PWM control from the step-down chopper 383, while the second halogen heater 332 is turned off. The output power range 300W to 700W in this case is equal to the output power range of the first halogen heater 331.

第6制御パターンTY6では、スイッチ部385が第2スイッチS2をオンさせ、残りのスイッチS1、S3、S4をオフさせる。これにより、第1ハロゲンヒーター331は消灯する一方、第2ハロゲンヒーター332は降圧チョッパ383からのPWM制御に従った断続的な出力により点滅する。この場合の出力電力の範囲150W〜350Wは第2ハロゲンヒーター331の出力電力の範囲に等しい。   In the sixth control pattern TY6, the switch unit 385 turns on the second switch S2, and turns off the remaining switches S1, S3, and S4. As a result, the first halogen heater 331 is turned off, while the second halogen heater 332 blinks by intermittent output according to the PWM control from the step-down chopper 383. The output power range 150 W to 350 W in this case is equal to the output power range of the second halogen heater 331.

プリンター100のウォームアップ期間では昇温制御が行われるので、ハロゲンヒーター331、332に要求される発熱量は、少なくとも昇温制御の初期では最大である。プリント期間と待機期間とでは温調制御が行われる。この制御では加熱ローラー31から逃げる熱量が補われさえすればよいので、ハロゲンヒーター331、332に要求される発熱量は昇温制御よりも小さい。ただし、定着処理時に加熱ローラー31からシートSH2に奪われる熱量が補われる必要上、プリント期間は待機期間よりも、ハロゲンヒーター331、332に要求される発熱量は大きい。したがって、PWM制御部30Cは、たとえば図7の(a)が示すように、出力電力の範囲が(一部でも)1000W以上に属する制御パターンTY1、TY2、TY3、TY4の中からプリンター100のウォームアップ期間に利用するパターンを選択し、出力電力の範囲が500W以上1000W未満に属する制御パターンTY3、TY4、TY5の中からプリンター100のプリント期間に利用するパターンを選択し、出力電力の範囲が500W未満に属する制御パターンTY4、TY5、TY6の中からプリンター100の待機期間に利用するパターンを選択する。   Since the temperature rise control is performed during the warm-up period of the printer 100, the heat generation amount required for the halogen heaters 331 and 332 is the maximum at least in the initial stage of the temperature rise control. Temperature control is performed during the printing period and the standby period. In this control, it is only necessary to compensate for the amount of heat escaping from the heating roller 31, and therefore the amount of heat generation required for the halogen heaters 331 and 332 is smaller than that in the temperature increase control. However, the amount of heat required for the halogen heaters 331 and 332 is larger in the printing period than in the standby period because the amount of heat taken from the heating roller 31 to the sheet SH2 during the fixing process needs to be compensated. Therefore, for example, as shown in FIG. 7A, the PWM control unit 30 </ b> C is configured to warm the printer 100 from among the control patterns TY1, TY2, TY3, and TY4 that have an output power range (even at least) belonging to 1000 W or more. The pattern used for the up period is selected, the pattern used for the printing period of the printer 100 is selected from the control patterns TY3, TY4, and TY5 belonging to the output power range of 500 W or more and less than 1000 W, and the output power range is 500 W. A pattern to be used during the standby period of the printer 100 is selected from the control patterns TY4, TY5, and TY6 belonging to less than.

[加熱ローラーの温度制御]
図8の(a)は、プリンター100の起動時刻t0以降における加熱ローラー31の温度の経時変化を示すグラフである。プリンター100の起動に応じて定着部30は加熱ローラー31の温度制御を開始する。具体的には、プリンター100のウォームアップ期間WUPにおいてPWM制御部30Cが昇温制御を行う。PWM制御部30Cはまず加熱ローラー31の目標温度をプリント時の値Ttg、たとえば180℃に設定する。PWM制御部30Cは次に、この目標温度Ttgと温度センサー35の出力が起動時刻t0で示す加熱ローラー31の初期温度T0との間の差から、ハロゲンヒーター331、332に対する制御パターンを選択する。
[Temperature control of heating roller]
FIG. 8A is a graph showing a change with time of the temperature of the heating roller 31 after the startup time t0 of the printer 100. In response to activation of the printer 100, the fixing unit 30 starts temperature control of the heating roller 31. Specifically, during the warm-up period WUP of the printer 100, the PWM control unit 30C performs temperature increase control. The PWM control unit 30C first sets the target temperature of the heating roller 31 to a value Ttg during printing, for example, 180 ° C. Next, the PWM control unit 30C selects a control pattern for the halogen heaters 331 and 332 from the difference between the target temperature Ttg and the initial temperature T0 of the heating roller 31 indicated by the output of the temperature sensor 35 at the start time t0.

図8の(b)は、加熱ローラー31の初期温度T0と、その温度に応じてPWM制御部30Cが選択する制御パターンとの間の対応表である。たとえば初期温度T0が30℃未満である場合、目標温度Ttgとの差がたとえば150度以上と大きく開いているので、出力電力が最大である第1制御パターンTY1が選択される。初期温度T0を始め、加熱ローラー31の実際の温度が目標温度Ttgに近いほど、出力電力をより低く設定可能な制御パターンをPWM制御部30Cは選択する。図8の(b)が示す例では、初期温度T0が30℃〜100℃である場合、目標温度Ttgとの差が80度〜150度に狭まるので、出力電力が次に大きい第2制御パターンTY2が選択され、初期温度T0が100℃〜150℃である場合、目標温度Ttgとの差が30度〜80度に更に狭まるので第3制御パターンTY3が選択され、初期温度が150℃〜180℃=Ttgである場合、目標温度Ttgとの差が0〜30度まで縮むので第4制御パターンTY4が選択される。このような制御パターンの選択により、加熱ローラー31の実際の温度が目標温度Ttgに近いほど昇温速度が低く抑えられるので、加熱ローラー31の実際の温度が目標温度Ttgに到達した後も上昇し続けてその目標温度Ttgを大幅に上回る現象、すなわちオーバーシュートが防止される。こうして、ウォームアップ期間WUPが十分に短縮される。   FIG. 8B is a correspondence table between the initial temperature T0 of the heating roller 31 and the control pattern selected by the PWM control unit 30C according to the temperature. For example, when the initial temperature T0 is less than 30 ° C., the difference from the target temperature Ttg is wide, for example, 150 degrees or more, so the first control pattern TY1 with the maximum output power is selected. The PWM control unit 30C selects a control pattern in which the output power can be set lower as the initial temperature T0 and the actual temperature of the heating roller 31 are closer to the target temperature Ttg. In the example shown in FIG. 8B, when the initial temperature T0 is 30 ° C. to 100 ° C., the difference from the target temperature Ttg is narrowed to 80 ° C. to 150 ° C., so the second control pattern with the next largest output power. When TY2 is selected and the initial temperature T0 is 100 ° C. to 150 ° C., the difference from the target temperature Ttg is further narrowed to 30 ° to 80 ° C., so the third control pattern TY3 is selected, and the initial temperature is 150 ° C. to 180 ° C. When ° C. = Ttg, the difference from the target temperature Ttg shrinks to 0 to 30 degrees, so the fourth control pattern TY4 is selected. As the actual temperature of the heating roller 31 is closer to the target temperature Ttg by such selection of the control pattern, the rate of temperature rise is suppressed to be lower. Therefore, the actual temperature of the heating roller 31 rises even after reaching the target temperature Ttg. Subsequently, a phenomenon that greatly exceeds the target temperature Ttg, that is, overshoot is prevented. Thus, the warm-up period WUP is sufficiently shortened.

図8の(a)が示す例では、ウォームアップ期間WUPの終了時刻t1から直ちに、プリンター100がプリントを開始する。プリント期間PRTでは、加熱ローラー31と加圧ローラー32との間のニップにシートSH2が通紙される度に加熱ローラー31からシートSH2に多量の熱が奪われるので、加熱ローラー31の温度が大きく変動する。この変動、すなわち温度リップルRPLの過大化を防ぐには、加熱ローラー31の失った熱量が速やかに補われることが必要である。この熱量の補填が十分に可能であるように、PWM制御部30Cは、第3制御パターンTY3、第4制御パターンTY4、第5制御パターンTY5のうちの1つを選択する。   In the example shown in FIG. 8A, the printer 100 starts printing immediately from the end time t1 of the warm-up period WUP. In the printing period PRT, each time the sheet SH2 is passed through the nip between the heating roller 31 and the pressure roller 32, a large amount of heat is taken from the heating roller 31 to the sheet SH2, so that the temperature of the heating roller 31 increases. fluctuate. In order to prevent this fluctuation, that is, excessive temperature ripple RPL, it is necessary to quickly compensate for the amount of heat lost by the heating roller 31. The PWM control unit 30C selects one of the third control pattern TY3, the fourth control pattern TY4, and the fifth control pattern TY5 so that this amount of heat can be sufficiently compensated.

ジョブ処理の終了時刻t2ではプリンター100が稼働モードから待機モードへ移行するので、これに応じてPWM制御部30Cが目標温度を、プリント期間PRTでの値Ttgよりも低い値Twt(たとえば150℃)に変更する。この変更により待機期間WTTの開始直後では加熱ローラー31の実際の温度と目標温度Twtとの間の差が比較的大きく開くので、PWM制御部30Cはまず第5制御パターンTY5を選択する。すなわち、第1ハロゲンヒーター331のみがPWM制御により点滅し、第2ハロゲンヒーター332は消灯する。第1ハロゲンヒーター331に対するPWM制御は第2ハロゲンヒーター332に対するものよりも設定可能な熱量が大きいので、加熱ローラー31の降温速度を過大にすることなく適正なレベルに抑えることが容易である。   At the end time t2 of the job processing, the printer 100 shifts from the operation mode to the standby mode. Accordingly, the PWM control unit 30C sets the target temperature to a value Twt (for example, 150 ° C.) lower than the value Ttg in the print period PRT. Change to Due to this change, the difference between the actual temperature of the heating roller 31 and the target temperature Twt is relatively large immediately after the start of the standby period WTT, so the PWM control unit 30C first selects the fifth control pattern TY5. That is, only the first halogen heater 331 blinks by PWM control, and the second halogen heater 332 is turned off. Since the PWM control for the first halogen heater 331 has a heat quantity that can be set larger than that for the second halogen heater 332, it is easy to suppress the temperature drop rate of the heating roller 31 to an appropriate level without increasing it.

加熱ローラー31の温度と目標温度Twtとの間の差が狭まるにつれて、加熱ローラー31の温度変動を抑えるのに必要な熱量は減少するのでデューティ比は低下し、やがて許容下限30%を下回る。デューティ比が許容下限30%未満である状態が所定時間、たとえば10秒間維持される場合、PWM制御部30Cは、図7の(a)が矢印TR1で示すように、第5制御パターンTY5を第6制御パターンTY6に切り換える。すなわち、第1ハロゲンヒーター331は消灯し、第2ハロゲンヒーター332のみがPWM制御により点滅する。第2ハロゲンヒーター332に対するPWM制御は第1ハロゲンヒーター331に対するものよりも設定可能な熱量が小さいので、加熱ローラー31の温度に過大なリップルを与えることなくその温度を目標値Twtに高精度に安定化させる。さらに、制御パターンの切り換えによりデューティ比が下限30%以上に保たれるので、第1ハロゲンヒーター331に、その管壁温度が下限を下回っている状態で点灯し続ける状態を回避させ、その長寿命を維持させることができる。   As the difference between the temperature of the heating roller 31 and the target temperature Twt narrows, the amount of heat necessary to suppress the temperature fluctuation of the heating roller 31 decreases, so the duty ratio decreases and eventually falls below the allowable lower limit of 30%. When the state where the duty ratio is less than the allowable lower limit 30% is maintained for a predetermined time, for example, 10 seconds, the PWM control unit 30C changes the fifth control pattern TY5 to the fifth control pattern TY5 as indicated by an arrow TR1 in FIG. Switch to 6 control pattern TY6. That is, the first halogen heater 331 is turned off, and only the second halogen heater 332 blinks by PWM control. The PWM control for the second halogen heater 332 has a smaller amount of heat that can be set than that for the first halogen heater 331, so that the temperature is stably stabilized at the target value Twt without giving excessive ripple to the temperature of the heating roller 31. Make it. Furthermore, since the duty ratio is maintained at the lower limit of 30% or more by switching the control pattern, the first halogen heater 331 is prevented from continuing to be lit when the tube wall temperature is below the lower limit, and its long life Can be maintained.

待機期間WTTにおいて、たとえば外気の入れ換えによりプリンター100の環境温度が大きく変動したことにより、加熱ローラー31の温度と目標温度Twtとの間の差が大きく開く場合がある。この場合、加熱ローラー31に与えられるべき熱量が増大するのでデューティ比が上昇し、その上限70%を超える可能性がある。デューティ比が上限70%を超えた状態が所定時間、たとえば10秒間維持される場合、PWM制御部30Cは、図7の(a)が矢印TR2で示すように、第6制御パターンTY6を第5制御パターンTY5に切り換える。すなわち、第1ハロゲンヒーター331のみがPWM制御により点滅し、第2ハロゲンヒーター332は消灯する。これにより、加熱ローラー31へ供給可能な熱量が増大するので、加熱ローラー31の温度を目標温度Twtまで速やかに戻すことが容易である。さらに、制御パターンの切り換えによりデューティ比が上限70%以下に保たれるので、降圧チョッパ383に電流不連続モードを維持させて、そのスイッチングノイズに起因する悪影響が外部電源OPSまたはプリンター100の他の要素に及ぶことを防ぐことができる。   In the standby period WTT, the difference between the temperature of the heating roller 31 and the target temperature Twt may be greatly increased due to, for example, a large change in the environmental temperature of the printer 100 due to replacement of outside air. In this case, since the amount of heat to be given to the heating roller 31 increases, the duty ratio increases, and there is a possibility that the upper limit of 70% is exceeded. When the state in which the duty ratio exceeds the upper limit of 70% is maintained for a predetermined time, for example, 10 seconds, the PWM control unit 30C sets the sixth control pattern TY6 to the fifth value as illustrated in FIG. Switch to the control pattern TY5. That is, only the first halogen heater 331 blinks by PWM control, and the second halogen heater 332 is turned off. As a result, the amount of heat that can be supplied to the heating roller 31 increases, so that it is easy to quickly return the temperature of the heating roller 31 to the target temperature Twt. Furthermore, since the duty ratio is maintained at the upper limit of 70% or less by switching the control pattern, the step-down chopper 383 is maintained in the current discontinuous mode, and the bad influence caused by the switching noise is caused by the external power supply OPS or other of the printer 100. It can be prevented from reaching the element.

新たなジョブ処理の要求をプリンター100が受けた時刻t3ではプリンター100が待機モードから稼働モードへ移行する。これに応じてPWM制御部30Cは加熱ローラー31の目標温度を、待機期間WTTでの値Twtからプリント時の値Ttgに変更する。この変更によりリカバリー期間RCVの開始時刻t3直後では加熱ローラー31の実際の温度と目標温度Ttgとの間の差が比較的大きく開くのでデューティ比が上昇する。デューティ比が上限70%を超えた後、たとえば10秒間が経過すれば、PWM制御部30Cは第6制御パターンTY6を第5制御パターンTY5へ切り換える。切り換えた時点でもなお、加熱ローラー31の実際の温度と目標温度Ttgとの間の差が十分に大きければ、デューティ比は上昇を続ける。デューティ比が再び上限70%に到達し、更にそれを超えた場合、その状態がたとえば10秒間持続すれば、PWM制御部30Cは、図7の(a)が矢印TR3で示すように、第5制御パターンTY5を第4制御パターンTY4へ切り換える。すなわち、第1ハロゲンヒーター331に加えて第2ハロゲンヒーター332もPWM制御により点滅する。このように、設定可能な熱量が順次増大するので、加熱ローラー31の昇温速度を過大にすることなく適正なレベルに抑えて、オーバーシュートを防ぐことが容易である。さらに、制御パターンの切り換えによりデューティ比が上限70%以下に保たれるので、降圧チョッパ383に電流不連続モードを維持させて、そのスイッチングノイズに起因する悪影響が外部電源OPSまたはプリンター100の他の要素に及ぶことを防ぐことができる。   At time t3 when the printer 100 receives a new job processing request, the printer 100 shifts from the standby mode to the operation mode. In response to this, the PWM control unit 30C changes the target temperature of the heating roller 31 from the value Twt in the standby period WTT to the value Ttg during printing. Due to this change, immediately after the start time t3 of the recovery period RCV, the difference between the actual temperature of the heating roller 31 and the target temperature Ttg opens relatively large, so that the duty ratio increases. If, for example, 10 seconds elapses after the duty ratio exceeds the upper limit of 70%, the PWM control unit 30C switches the sixth control pattern TY6 to the fifth control pattern TY5. Even at the time of switching, if the difference between the actual temperature of the heating roller 31 and the target temperature Ttg is sufficiently large, the duty ratio continues to increase. When the duty ratio reaches the upper limit of 70% again and further exceeds that, for example, if the state continues for 10 seconds, the PWM control unit 30C determines that the fifth state as shown by the arrow TR3 in FIG. The control pattern TY5 is switched to the fourth control pattern TY4. That is, in addition to the first halogen heater 331, the second halogen heater 332 blinks by PWM control. Thus, since the heat quantity which can be set increases sequentially, it is easy to prevent overshooting by suppressing the heating rate of the heating roller 31 to an appropriate level without making it excessive. Furthermore, since the duty ratio is maintained at the upper limit of 70% or less by switching the control pattern, the step-down chopper 383 is maintained in the current discontinuous mode, and the bad influence caused by the switching noise is caused by the external power supply OPS or other of the printer 100. It can be prevented from reaching the element.

−温度制御のフローチャート−
図9は、定着部30による加熱ローラー31の温度制御のフローチャートである。この制御は、定着部30が主制御部60から稼働モードへの移行指示を受けたときに開始される。
ステップS101では、プリンター100が稼働モードへの移行に伴い、ウォームアップまたはリカバリーを行う。この期間WUP、RCVにおいてPWM制御部30Cは昇温制御を行う。具体的には、PWM制御部30Cはまず、加熱ローラー31の目標温度をプリント時の値Ttgに設定し、目標温度Ttgと温度センサー35の出力が示す加熱ローラー31の初期温度T0との間の差からハロゲンヒーター331、332に対する制御パターンを選択する。PWM制御部30Cは次に、選択した制御パターンに従ってパルス電圧の印加対象を選択する。すなわち、スイッチ部385の含む4対の2連スイッチS1、…のオンオフの組み合わせを選択する。この組み合わせをPWM制御部30Cはスイッチ部385に開閉信号SSWで指示する。第1制御パターンTY1を選択した場合、PWM制御部30Cはスイッチ部385に第1スイッチS1と第2スイッチS2とをオフさせ、第3スイッチS3と第4スイッチS4とをオンさせるので、いずれのハロゲンヒーター331、332も全点灯する。第1制御パターンTY1以外を選択した場合、PWM制御部30Cは続いて、温度センサー35の出力が示す加熱ローラー31の温度と目標温度Ttgとの間の差に基づいてパルス電圧のデューティ比を算定し、その算定値を通知信号NTFでスイッチング変換部30Sに指示する。これ以降、PWM制御部30Cは温度センサー35を通して加熱ローラー31の温度と目標温度Ttgとの間の差を監視し、その差に応じてデューティ比を更新し、更新後のデューティ比を通知信号NTFでスイッチング変換部30Sに指示する。その後、処理はステップS102へ進む。
-Flow chart of temperature control-
FIG. 9 is a flowchart of temperature control of the heating roller 31 by the fixing unit 30. This control is started when the fixing unit 30 receives an instruction to shift to the operation mode from the main control unit 60.
In step S101, the printer 100 performs warm-up or recovery as the printer 100 shifts to the operation mode. During this period WUP, RCV, the PWM control unit 30C performs temperature rise control. Specifically, the PWM control unit 30C first sets the target temperature of the heating roller 31 to the value Ttg at the time of printing, and between the target temperature Ttg and the initial temperature T0 of the heating roller 31 indicated by the output of the temperature sensor 35. A control pattern for the halogen heaters 331 and 332 is selected from the difference. Next, the PWM control unit 30C selects a pulse voltage application target according to the selected control pattern. That is, the on / off combination of the four pairs of double switches S1,. The PWM control unit 30C instructs this combination to the switch unit 385 with the open / close signal SSW. When the first control pattern TY1 is selected, the PWM control unit 30C causes the switch unit 385 to turn off the first switch S1 and the second switch S2, and to turn on the third switch S3 and the fourth switch S4. All the halogen heaters 331 and 332 are also lit. When a pattern other than the first control pattern TY1 is selected, the PWM control unit 30C subsequently calculates the duty ratio of the pulse voltage based on the difference between the temperature of the heating roller 31 indicated by the output of the temperature sensor 35 and the target temperature Ttg. Then, the calculated value is instructed to the switching conversion unit 30S by the notification signal NTF. Thereafter, the PWM control unit 30C monitors the difference between the temperature of the heating roller 31 and the target temperature Ttg through the temperature sensor 35, updates the duty ratio according to the difference, and notifies the updated duty ratio to the notification signal NTF. To instruct the switching converter 30S. Thereafter, the process proceeds to step S102.

ステップS102では、加熱ローラー31の温度が目標温度Ttgに到達したか否かをPWM制御部30Cが確認する。到達していれば処理はステップS103へ進み、到達していなければ処理はステップS101を繰り返す。
ステップS103では、加熱ローラー31の温度が目標温度Ttgに到達しているのでPWM制御部30Cは昇温制御を温調制御に変更する。この際、PWM制御部30Cはプリンター100の動作モードを確認し、その動作モードに応じて加熱ローラー31の目標温度とハロゲンヒーター331、332に対する制御パターンとを選択する。たとえば、稼働モードではプリントが開始されるので、加熱ローラー31と加圧ローラー32との間のニップにシートSH2が通紙される度に加熱ローラー31からシートSH2に多量の熱が奪われる。したがって、その奪われた熱量を加熱ローラー31に補填することが可能な程度に発熱量の多い制御パターン、たとえば、第3制御パターンTY3、第4制御パターンTY4、または第5制御パターンTY5が選択される。一方、待機モードでは加熱ローラー31から熱が逃げにくいので、補填すべき熱量が比較的少ない。したがって、発熱量が比較的少ない制御パターン、たとえば第5制御パターンTY5または第6制御パターンTY6が選択される。温調制御では昇温制御と同様に、PWM制御部30Cは温度センサー35を通して加熱ローラー31の温度と目標温度Ttgとの間の差を監視し、その差に応じてデューティ比を更新し、更新後のデューティ比を通知信号NTFでスイッチング変換部30Sに指示する。その後、処理はステップS104へ進む。
In step S102, the PWM control unit 30C confirms whether or not the temperature of the heating roller 31 has reached the target temperature Ttg. If so, the process proceeds to step S103. If not, the process repeats step S101.
In step S103, since the temperature of the heating roller 31 has reached the target temperature Ttg, the PWM control unit 30C changes the temperature increase control to the temperature control. At this time, the PWM control unit 30C confirms the operation mode of the printer 100, and selects a target temperature of the heating roller 31 and a control pattern for the halogen heaters 331 and 332 according to the operation mode. For example, since printing is started in the operation mode, a large amount of heat is deprived from the heating roller 31 to the sheet SH2 every time the sheet SH2 is passed through the nip between the heating roller 31 and the pressure roller 32. Therefore, a control pattern that generates a large amount of heat so that the deprived heat amount can be compensated in the heating roller 31, for example, the third control pattern TY3, the fourth control pattern TY4, or the fifth control pattern TY5 is selected. The On the other hand, in the standby mode, it is difficult for heat to escape from the heating roller 31, so that the amount of heat to be compensated is relatively small. Therefore, a control pattern that generates a relatively small amount of heat, for example, the fifth control pattern TY5 or the sixth control pattern TY6 is selected. In the temperature control, similarly to the temperature increase control, the PWM control unit 30C monitors the difference between the temperature of the heating roller 31 and the target temperature Ttg through the temperature sensor 35, updates the duty ratio according to the difference, and updates it. The subsequent duty ratio is instructed to the switching converter 30S by the notification signal NTF. Thereafter, the process proceeds to step S104.

ステップS104では、スリープモードへの移行、プリンター100の電源オフ等、定着部30の停止を主制御部60から指示されたか否かをPWM制御部30Cが確認する。指示されていれば処理はステップS105へ進み、いなければ処理はステップS103を繰り返す。
ステップS105では、定着部30の停止を主制御部60から指示されているので、PWM制御部30Cはスイッチ部385にすべてのスイッチS1、…、S4をオフさせてハロゲンヒーター331、332を消灯させる。その後、処理は終了する。
In step S104, the PWM control unit 30C confirms whether or not the main control unit 60 has instructed to stop the fixing unit 30 such as shifting to the sleep mode or turning off the printer 100. If so, the process proceeds to step S105, and if not, the process repeats step S103.
In step S105, since the main control unit 60 instructs the stop of the fixing unit 30, the PWM control unit 30C causes the switch unit 385 to turn off all the switches S1, ..., S4 and turn off the halogen heaters 331 and 332. . Thereafter, the process ends.

−待機モードにおける温調制御のフローチャート−
図10は、図9が示すステップS103による温調制御のうち、待機モードにおける制御のフローチャートである。
ステップS201では、プリンター100が待機モードであるか否かをPWM制御部30Cが確認する。待機モードであれば処理はステップS202へ進み、他のモードであれば処理は図9の示すメインルーチンへ戻る。
-Flow chart of temperature control in standby mode-
FIG. 10 is a flowchart of the control in the standby mode in the temperature control in step S103 shown in FIG.
In step S201, the PWM control unit 30C confirms whether the printer 100 is in the standby mode. If it is the standby mode, the process proceeds to step S202, and if it is another mode, the process returns to the main routine shown in FIG.

ステップS202では、プリンター100が待機モードであるので、PWM制御部30Cはまず第5制御パターンTY5で温調制御を行う。すなわち、第1ハロゲンヒーター331のみをPWM制御により点滅させ、第2ハロゲンヒーター332は消灯させる。その後、処理はステップS203へ進む。
ステップS203では、変更後のデューティ比が許容下限30%を下回ったか否かをPWM制御部30Cが確認する。下回っていれば処理はステップS204へ進み、以上であれば処理はステップS201を繰り返す。
In step S202, since the printer 100 is in the standby mode, the PWM control unit 30C first performs temperature control with the fifth control pattern TY5. That is, only the first halogen heater 331 is blinked by PWM control, and the second halogen heater 332 is turned off. Thereafter, the process proceeds to step S203.
In step S203, the PWM control unit 30C confirms whether or not the changed duty ratio falls below the allowable lower limit of 30%. If so, the process proceeds to step S204, and if above, the process repeats step S201.

ステップS204では、変更後のデューティ比が許容下限30%を下回っているので、その状態の持続時間が閾値10秒以上に達したか否かをPWM制御部30Cは確認する。閾値以上に達していれば処理はステップS205へ進み、未満であれば処理はステップS201を繰り返す。
ステップS205では、変更後のデューティ比が許容下限30%を下回った状態の持続時間が閾値以上に達しているので、プリンター100が待機モードであるか否かをPWM制御部30Cは確認する。待機モードであれば処理はステップS206へ進み、他のモードであれば処理は図9の示すメインルーチンへ戻る。
In step S204, since the changed duty ratio is below the allowable lower limit of 30%, the PWM control unit 30C checks whether or not the duration of the state has reached the threshold of 10 seconds or more. If it has reached the threshold value or more, the process proceeds to step S205, and if it is less, the process repeats step S201.
In step S205, since the duration of the state in which the changed duty ratio is below the allowable lower limit 30% has reached the threshold value or more, the PWM control unit 30C confirms whether the printer 100 is in the standby mode. If it is the standby mode, the process proceeds to step S206, and if it is any other mode, the process returns to the main routine shown in FIG.

ステップS206では、プリンター100が待機モードであるので温調制御が継続される。しかし、第5制御パターンTY5ではデューティ比が許容下限を下回るので、PWM制御部30Cは第5制御パターンTY5を、より発熱量の少ない第6制御パターンTY6に切り換える。すなわち、第1ハロゲンヒーター331に代えて第2ハロゲンヒーター332のみをPWM制御により点滅させ、第1ハロゲンヒーター331は消灯させる。その後、処理はステップS207へ進む。   In step S206, the temperature control is continued because the printer 100 is in the standby mode. However, since the duty ratio falls below the allowable lower limit in the fifth control pattern TY5, the PWM control unit 30C switches the fifth control pattern TY5 to the sixth control pattern TY6 with a smaller amount of heat generation. That is, instead of the first halogen heater 331, only the second halogen heater 332 blinks by PWM control, and the first halogen heater 331 is turned off. Thereafter, the process proceeds to step S207.

ステップS207では、変更後のデューティ比が許容上限70%を超えたか否かをPWM制御部30Cが確認する。超えていれば処理はステップS208へ進み、以下であれば処理はステップS205を繰り返す。
ステップS208では、変更後のデューティ比が許容上限70%を超えているので、その状態の持続時間が閾値10秒以上に達したか否かをPWM制御部30Cは確認する。閾値以上に達していれば処理はステップS201を繰り返し、未満であれば処理はステップS205を繰り返す。
In step S207, the PWM control unit 30C confirms whether or not the changed duty ratio exceeds the allowable upper limit of 70%. If so, the process proceeds to step S208, and if below, the process repeats step S205.
In step S208, since the changed duty ratio exceeds the allowable upper limit of 70%, the PWM control unit 30C checks whether or not the duration of the state has reached the threshold value of 10 seconds or more. If it reaches the threshold value or more, the process repeats step S201, and if it is less, the process repeats step S205.

ステップS208に続くステップS201では、変更後のデューティ比が許容上限70%を超えた状態の持続時間が閾値以上に達しているので、プリンター100が待機モードであるか否かをPWM制御部30Cは確認する。待機モードであれば処理はステップS202へ進み、他のモードであれば処理は図9の示すメインルーチンへ戻る。
ステップS208に続くステップS202では、プリンター100が待機モードであるので温調制御が継続される。しかし、第6制御パターンTY6ではデューティ比が許容上限を超えるので、PWM制御部30Cは第6制御パターンTY6を、より発熱量の多い第5制御パターンTY5に切り換える。すなわち、第2ハロゲンヒーター332に代えて第1ハロゲンヒーター331のみをPWM制御により点滅させ、第2ハロゲンヒーター332は消灯させる。その後、処理はステップS203へ進む。
In step S201 following step S208, the duration of the state in which the changed duty ratio exceeds the allowable upper limit of 70% has reached the threshold value or more, so the PWM control unit 30C determines whether or not the printer 100 is in the standby mode. Check. If it is the standby mode, the process proceeds to step S202, and if it is another mode, the process returns to the main routine shown in FIG.
In step S202 following step S208, the temperature control is continued because the printer 100 is in the standby mode. However, since the duty ratio exceeds the allowable upper limit in the sixth control pattern TY6, the PWM control unit 30C switches the sixth control pattern TY6 to the fifth control pattern TY5 with a larger amount of heat generation. That is, instead of the second halogen heater 332, only the first halogen heater 331 is blinked by PWM control, and the second halogen heater 332 is turned off. Thereafter, the process proceeds to step S203.

−PWM制御のフローチャート−
図11は、各ハロゲンヒーター331、332に対するPWM制御のフローチャートである。この制御は、PWM制御部30Cが第1制御パターンTY1以外の制御パターンを選択した場合に開始され、他の制御パターンに切り換えられるまで繰り返される。
ステップS301では、温度センサー35が内蔵のサーモパイルの出力から加熱ローラー31の温度を計測し、その計測値をPWM制御部30Cにフィードバックする。その後、処理はステップS302へ進む。
-Flow chart of PWM control-
FIG. 11 is a flowchart of PWM control for the halogen heaters 331 and 332. This control is started when the PWM control unit 30C selects a control pattern other than the first control pattern TY1, and is repeated until the control pattern is switched to another control pattern.
In step S301, the temperature sensor 35 measures the temperature of the heating roller 31 from the output of the built-in thermopile, and feeds back the measured value to the PWM control unit 30C. Thereafter, the process proceeds to step S302.

ステップS302では、PWM制御部30Cは、温度センサー35からフィードバックされる加熱ローラー31の温度の計測値を目標温度と比較し、両温度間の差に基づいてパルス電圧のデューティ比を算定する。その後、処理はステップS303へ進む。
ステップS303では、ステップS302での算定値をPWM制御部30Cは通知信号NTFでスイッチング変換部30SのIGBT駆動回路384へ通知する。この通知信号NTFに応じてIGBT駆動回路384は、その通知信号NTFからデューティ比を解読し、その比でパルス信号VPをスイッチング素子SWのゲートに対して印加する。その後、処理は図9の示すメインルーチンへ戻る。
In step S302, the PWM control unit 30C compares the measured value of the temperature of the heating roller 31 fed back from the temperature sensor 35 with the target temperature, and calculates the duty ratio of the pulse voltage based on the difference between the two temperatures. Thereafter, the process proceeds to step S303.
In step S303, the PWM control unit 30C notifies the calculated value in step S302 to the IGBT drive circuit 384 of the switching conversion unit 30S with the notification signal NTF. In response to the notification signal NTF, the IGBT drive circuit 384 decodes the duty ratio from the notification signal NTF and applies the pulse signal VP to the gate of the switching element SW based on the ratio. Thereafter, the processing returns to the main routine shown in FIG.

[実施形態の利点]
本発明の実施形態によるプリンター100では、上記のとおり、定着部30が定格電力の異なる2本のハロゲンヒーター331、332を用いて加熱ローラー31の温度を制御する。特に、待機モードにおける温調制御では、PWM制御部30Cはまず第5制御パターンTY5を選択し、定格電力の高い第1ハロゲンヒーター331のみをPWM制御により点滅させ、定格電力の低い第2ハロゲンヒーター332は消灯させる。このとき、パルス電圧のデューティ比の許容下限30%は、第1ハロゲンヒーター331の発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすように実験またはシミュレーションで決定され、PWM制御部30Cの内蔵するメモリ素子に保存されている。加熱ローラー31の温度と目標温度Twtとの間の差が縮まるにつれて、PWM制御部30Cが算出するデューティ比は低下する。デューティ比が許容下限30%を下回った場合、PWM制御部30Cはパルス電圧の印加対象を第1ハロゲンヒーター331から第2ハロゲンヒーター332へ切り換える。第2ハロゲンヒーター332は第1ハロゲンヒーター331よりも定格電力が低いので、必要な発熱量が共通であっても、それに対応するパルス電圧のデューティ比が高い。したがって、デューティ比を許容下限以上に維持したまま、PWM制御を連続させることができる。こうして、プリンター100は、ハロゲンヒーター331、332にハロゲンサイクルを維持させたまま、外部の電源系統に過大なノイズを与えることなくPWM制御を連続させて、加熱ローラー31に与える熱量を更に少ない値に安定化させることができる。
[Advantages of the embodiment]
In the printer 100 according to the embodiment of the present invention, as described above, the fixing unit 30 controls the temperature of the heating roller 31 using the two halogen heaters 331 and 332 having different rated powers. In particular, in the temperature control in the standby mode, the PWM control unit 30C first selects the fifth control pattern TY5, blinks only the first halogen heater 331 having a high rated power by PWM control, and the second halogen heater having a low rated power. 332 is turned off. At this time, the allowable lower limit of 30% of the duty ratio of the pulse voltage is determined by experiment or simulation so as to satisfy the condition that the heat generation amount of the first halogen heater 331 can maintain the halogen cycle, and is incorporated in the PWM controller 30C. Stored in a memory device. As the difference between the temperature of the heating roller 31 and the target temperature Twt decreases, the duty ratio calculated by the PWM control unit 30C decreases. When the duty ratio falls below the allowable lower limit of 30%, the PWM control unit 30C switches the pulse voltage application target from the first halogen heater 331 to the second halogen heater 332. Since the second halogen heater 332 has a lower rated power than the first halogen heater 331, the duty ratio of the corresponding pulse voltage is high even if the necessary heat generation amount is common. Therefore, PWM control can be continued while maintaining the duty ratio at or above the allowable lower limit. In this way, the printer 100 continues PWM control without causing excessive noise to the external power supply system while maintaining the halogen cycle in the halogen heaters 331 and 332, and further reduces the amount of heat applied to the heating roller 31. Can be stabilized.

待機モードにおける温調制御中、加熱ローラー31の温度と目標温度Twtとの間の差が大きく開き、パルス電圧のデューティ比が許容上限70%を超えた場合、PWM制御部30Cはパルス電圧の印加対象を第2ハロゲンヒーター332から第1ハロゲンヒーター331へ切り換える。第1ハロゲンヒーター331は第2ハロゲンヒーター332よりも定格電力が高いので、同じ発熱量に対応するパルス電圧のデューティ比が低い。したがって、デューティ比を許容上限以下に維持したままPWM制御を連続させて、加熱ローラー31の温度を目標温度Twtまで速やかに戻すことが容易である。特に、降圧チョッパ383が電流不連続モードを維持するので、そのスイッチングノイズに起因する悪影響が外部電源OPSまたはプリンター100の他の要素には及ばない。   During the temperature control in the standby mode, when the difference between the temperature of the heating roller 31 and the target temperature Twt is greatly opened and the duty ratio of the pulse voltage exceeds the allowable upper limit 70%, the PWM control unit 30C applies the pulse voltage. The target is switched from the second halogen heater 332 to the first halogen heater 331. Since the first halogen heater 331 has a higher rated power than the second halogen heater 332, the duty ratio of the pulse voltage corresponding to the same calorific value is low. Therefore, it is easy to continue the PWM control while maintaining the duty ratio below the allowable upper limit, and to quickly return the temperature of the heating roller 31 to the target temperature Twt. In particular, since the step-down chopper 383 maintains the current discontinuous mode, an adverse effect caused by the switching noise does not affect the external power supply OPS or other elements of the printer 100.

[変形例]
(A)上記の実施形態による画像形成装置100はカラーレーザープリンターである。本発明の実施形態による画像形成装置はその他に、モノクロレーザープリンター、ファクシミリ、コピー機、複合機(MFP)等、シート上のトナー像を熱定着させるもののいずれであってもよい。
[Modification]
(A) The image forming apparatus 100 according to the above embodiment is a color laser printer. In addition, the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention may be any one that thermally fixes a toner image on a sheet, such as a monochrome laser printer, a facsimile, a copier, or a multifunction peripheral (MFP).

(B)図5の示すスイッチング変換部30Sは降圧チョッパ383を含む。スイッチング変換部30Sはその他に、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ等、非絶縁型の他のスイッチングコンバーターを含んでもよい。また、図5の示すスイッチング素子SWはIGBTであるが、代わりにFET等、他方式のパワートランジスターが利用されてもよい。
(C)図7の(a)では、デューティ比の許容上限と許容下限とがいずれも、2本のハロゲンヒーター331、332の間で共通である。これは、スイッチ部385の構造の単純化等、温度制御の簡単化を目的とする設定に過ぎない。実際には、ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件、すなわち、ヒーターからの熱がその管壁温度を下限250℃以上に維持可能であるという条件を満たすデューティ比は、ガラス管の熱容量等、ハロゲンヒーターの熱的特性に応じて異なる。同様に、降圧チョッパ383が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすデューティ比は、抵抗等、ハロゲンヒーターの電気的特性に応じて異なる。したがって、たとえば、異なるハロゲンヒーターに対するPWM制御が異なる降圧チョッパで実行されることにより、デューティ比の許容上限または許容下限がハロゲンヒーターごとに異なる値であってもよい。
(B) The switching converter 30 </ b> S shown in FIG. 5 includes a step-down chopper 383. In addition, the switching converter 30S may include other non-insulated switching converters such as a step-up chopper and a step-up / step-down chopper. The switching element SW shown in FIG. 5 is an IGBT, but other types of power transistors such as FETs may be used instead.
(C) In FIG. 7A, the allowable upper limit and the allowable lower limit of the duty ratio are common between the two halogen heaters 331 and 332. This is only a setting for the purpose of simplifying temperature control such as simplification of the structure of the switch unit 385. Actually, the duty ratio that satisfies the condition that the calorific value of the halogen heater can maintain the halogen cycle, that is, the condition that the heat from the heater can maintain the tube wall temperature at the lower limit of 250 ° C. or higher is the glass ratio. It depends on the thermal characteristics of the halogen heater, such as the heat capacity of the tube. Similarly, the duty ratio that satisfies the condition that the step-down chopper 383 can operate in the current discontinuous mode varies depending on the electrical characteristics of the halogen heater, such as resistance. Therefore, for example, the allowable upper limit or the allowable lower limit of the duty ratio may be different for each halogen heater by executing PWM control for different halogen heaters with different step-down choppers.

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における定着部の温度制御に関する。本発明によるPWM制御部は上記のとおり、2本のハロゲンヒーターのうち定格電力の高い方について、その発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更したデューティ比が下回る場合、パルス電圧の印加対象を定格電力の低いハロゲンヒーターへ切り換える。このように、本発明は明らかに産業上利用可能である。   The present invention relates to temperature control of a fixing unit in an electrophotographic image forming apparatus. As described above, the PWM control unit according to the present invention changes the lower limit of the duty ratio of the pulse voltage that satisfies the condition that the heat generation amount of the two halogen heaters with the higher rated power can maintain the halogen cycle. When the duty ratio falls below, the pulse voltage application target is switched to a halogen heater with a low rated power. Thus, the present invention is clearly industrially applicable.

100 プリンター
10 給送部
20 作像部
30 定着部
40 排紙部
31 加熱ローラー
32 加圧ローラー
331 第1ハロゲンヒーター
332 第2ハロゲンヒーター
35 温度センサー
30S スイッチング変換部
381 整流部
382 ノイズフィルター
383 降圧チョッパ
SW スイッチング素子
384 IGBT駆動回路
VP パルス信号
385 スイッチ部
S1、S2、S3、S4 2連スイッチ
30C PWM制御部
SSW 開閉信号
NTF 通知信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Printer 10 Feed part 20 Image forming part 30 Fixing part 40 Paper discharge part 31 Heating roller 32 Pressure roller 331 First halogen heater 332 Second halogen heater 35 Temperature sensor 30S Switching conversion part 381 Rectifier 382 Noise filter 383 Step-down chopper SW switching element 384 IGBT drive circuit VP pulse signal 385 Switch unit S1, S2, S3, S4 Double switch 30C PWM control unit SSW Open / close signal NTF Notification signal

Claims (8)

シートにトナー像を形成する作像部と、
前記シートに前記トナー像を熱定着させる定着部と、
を備えた画像形成装置であって、
前記定着部は、
前記シートに接触して熱を伝える伝熱部材と、
前記伝熱部材を加熱する第1ハロゲンヒーターと、
前記第1ハロゲンヒーターよりも定格電力が低く、前記伝熱部材を加熱する第2ハロゲンヒーターと、
前記伝熱部材の実温度を監視し、当該実温度と目標温度との間の差に応じて、前記第1ハロゲンヒーターと前記第2ハロゲンヒーターとの一方または両方をパルス電圧の印加対象として選択し、当該差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更するパルス幅変調(PWM)制御部と、
前記PWM制御部が選択したパルス電圧の印加対象にパルス電圧を、前記PWM制御部が変更したデューティ比で印加するスイッチング変換部と、
を有し、
前記PWM制御部は、前記第1ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
前記第1ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、
変更後のデューティ比が前記下限を下回れば、パルス電圧の印加対象を前記第1ハロゲンヒーターから前記第2ハロゲンヒーターへ切り換える
ことを特徴とする画像形成装置。
An image forming unit for forming a toner image on a sheet;
A fixing unit for thermally fixing the toner image to the sheet;
An image forming apparatus comprising:
The fixing unit is
A heat transfer member that contacts the sheet and transfers heat;
A first halogen heater for heating the heat transfer member;
A second halogen heater having a lower rated power than the first halogen heater and heating the heat transfer member;
The actual temperature of the heat transfer member is monitored, and one or both of the first halogen heater and the second halogen heater is selected as the pulse voltage application target in accordance with the difference between the actual temperature and the target temperature. A pulse width modulation (PWM) control unit that changes the duty ratio of the pulse voltage over time according to the change with time of the difference,
A switching converter that applies a pulse voltage to a pulse voltage application target selected by the PWM controller at a duty ratio changed by the PWM controller;
Have
In the case where the PWM control unit has selected the first halogen heater as a pulse voltage application target,
Check whether the duty ratio after the change is lower than the lower limit of the duty ratio of the pulse voltage satisfying the condition that the heat generation amount of the first halogen heater can maintain the halogen cycle,
When the duty ratio after the change is less than the lower limit, the application target of the pulse voltage is switched from the first halogen heater to the second halogen heater.
前記PWM制御部は、変更後のデューティ比が前記下限を下回るか否かの確認を、前記作像部と前記定着部との待機期間中に行うことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。   2. The image according to claim 1, wherein the PWM control unit checks whether the changed duty ratio falls below the lower limit during a standby period between the image forming unit and the fixing unit. Forming equipment. 前記PWM制御部は、前記第1ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
前記スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第1上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、
変更後のデューティ比が前記第1上限を超えれば、前記第2ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象に追加する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像形成装置。
In the case where the PWM control unit has selected the first halogen heater as a pulse voltage application target,
Check whether the duty ratio after the change exceeds the first upper limit of the duty ratio of the pulse voltage that satisfies the condition that the switching converter is operable in the current discontinuous mode,
3. The image forming apparatus according to claim 1, wherein when the changed duty ratio exceeds the first upper limit, the second halogen heater is added as a pulse voltage application target. 4.
前記PWM制御部は、変更後のデューティ比が前記第1上限を超えるか否かの確認を、前記作像部と前記定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行うことを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。   The PWM control unit confirms whether the changed duty ratio exceeds the first upper limit, at least one of a warm-up period, a recovery period, and a print period between the image forming unit and the fixing unit The image forming apparatus according to claim 3, wherein the image forming apparatus is performed during the period. 前記PWM制御部は、前記第2ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
前記スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第2上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、
変更後のデューティ比が前記第2上限を超えれば、パルス電圧の印加対象を前記第2ハロゲンヒーターから前記第1ハロゲンヒーターへ切り換える
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の画像形成装置。
In the case where the PWM control unit has selected the second halogen heater as a pulse voltage application target,
Check whether the duty ratio after the change exceeds the second upper limit of the duty ratio of the pulse voltage that satisfies the condition that the switching converter can operate in the current discontinuous mode,
5. The pulse voltage application target is switched from the second halogen heater to the first halogen heater when the duty ratio after the change exceeds the second upper limit. The image forming apparatus described.
前記PWM制御部は、変更後のデューティ比が前記第2上限を超えるか否かの確認を、前記作像部と前記定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行うことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。   The PWM control unit checks whether the duty ratio after the change exceeds the second upper limit, at least one of a warm-up period, a recovery period, and a print period between the image forming unit and the fixing unit The image forming apparatus according to claim 5, which is performed during the period. 前記スイッチング変換部は、
前記PWM制御部が変更したデューティ比でパルス信号を生成する駆動回路と、
前記パルス信号に応じてオンオフするスイッチング素子を含み、前記PWM制御部が変更したデューティ比でパルス電圧を出力する降圧チョッパと、
前記降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を、前記PWM制御部が選択したパルス電圧の印加対象へ切り換えるスイッチ部と、
を有し、
前記PWM制御部は、前記降圧チョッパのスイッチング素子をオフさせている間に、前記スイッチ部に前記降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を切り換えさせる
ことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかに記載の画像形成装置。
The switching converter is
A drive circuit for generating a pulse signal at a duty ratio changed by the PWM control unit;
A step-down chopper that includes a switching element that turns on and off according to the pulse signal, and that outputs a pulse voltage at a duty ratio changed by the PWM control unit;
A switch unit for switching a pulse voltage output destination from the step-down chopper to a pulse voltage application target selected by the PWM control unit;
Have
The PWM control unit causes the switch unit to switch the output destination of the pulse voltage from the step-down chopper while the switching element of the step-down chopper is turned off. The image forming apparatus according to any one of the above.
前記スイッチ部は、
前記PWM制御部からの信号に応じて前記降圧チョッパと前記第1ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉し、かつ前記降圧チョッパと前記第2ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉する電磁リレー
を含む請求項7に記載の画像形成装置。
The switch part is
An electromagnetic relay that opens and closes a contact between the step-down chopper and the first halogen heater and opens and closes a contact between the step-down chopper and the second halogen heater according to a signal from the PWM control unit The image forming apparatus according to claim 7.
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